U kampusu Državnog sveučilišta u Arizoni obitava ANDI, prvi termalni lutak na svijetu koji diše, znoji se i hoda u zatvorenim prostorima i na otvorenom. On oponaša toplinske funkcije ljudskog tijela i ima 35 različitih površina koje se pojedinačno kontroliraju senzorima temperature, senzorima toplinskog toka i porama koje ispuštaju znoj. 

"ANDI se znoji; stvara toplinu, drhti, hoda i diše", objašnjavaju istraživači koji tako žele izmjeriti učinak ekstremne vrućine na ljudsko zdravlje. Lutak se svakodnevno testira u toplinskoj komori u kojoj istraživači simuliraju scenarije izloženosti temperaturama kakve vladaju u raznim dijelovima svijeta. Kroz tijelo mu prolaze kanali za hlađenje kojima cirkulira hladna voda, što lutku omogućuje da izdrži ekstremnu vrućinu dok mjeri složene varijable koje pridonose našoj percepciji topline u različitim okruženjima, od sunčevog zračenja, preko infracrvenog zračenja od tla, do konvekcije iz okolnog zraka.

Ovog ljeta ANDI će se upariti s MaRTyjem, ASU-ovim biometeorološkim toplinskim robotom kako bi zajedno radili i bolje razumjeli mehanizme ljudskog znojenja te identificirali kako različita okruženja mogu povećati rizik po zdravlje od topline. Prikupljeni podaci trebali bi pomoći istraživačima u izradi rashladne odjeće i egzoskeleta koji hlade.

Lijekovi protiv bolova od papirnog otpada

Mnogi uobičajeni lijekovi sastoje se od kemikalija dobivenih iz sirove nafte. No sada su stručnjaci Instituta za održivost Sveučilišta u Bathu napravili dva dobro poznata lijeka protiv bolova, paracetamol i ibuprofen, od spoja koji se nalazi u borovima. Ovaj spoj može se pronaći i u otpadu prilikom proizvodnje papira pa bi mogao biti održiva zamjena za naftne kemikalije. Spoj o kojem je riječ zove se β-pinen i dolazi iz terpentina. Znanstvenici su iz terpentina već uspjeli napraviti nekoliko drugih korisnih kemikalija, uključujući one koje se mogu razviti u beta blokatore, lijekove za astmu i proizvode za čišćenje.

Metodu, opisanu u časopisu ChemSusChem, još treba doraditi prije komercijalizacije. Proces izrade lijekova od papirnog otpada vjerojatno bi bio skuplji od procesa koji se temelji na sirovoj nafti, kažu istraživači, ali i to bi se dalo promijeniti uz daljnja eksperimentiranja. 

"Korištenje nafte za proizvodnju lijekova je neodrživo. Ne samo da pridonosi rastućoj emisiji CO 2 , nego cijena dramatično varira jer uvelike ovisimo o geopolitičkoj stabilnosti zemalja s velikim rezervama nafte, a to će u budućnosti samo biti skuplje", zaključuju britanski istraživači.  

Snimanje mozga otkriva kako nastaju sjećanja

Istraživači Instituta za kvantitativne zdravstvene znanosti i inženjerstvo Državnog sveučilišta u Michiganu poželjeli su otkriti kako se stvaraju sjećanja i što se s njima događa kod ljudi s poremećajima pamćenja poput Alzheimerove bolesti. Štoviše, htjeli su istražiti i pratiti evoluciju sjećanja i promatrati kako se stvari miješaju u svakodnevnom sjećanju pa su izradili sustav snimanja koji će hvata aktivnost mozga s dosad nezamislivom razinom detalja.

I dok trenutne tehnike snimanja mozga visoke razlučivosti mogu uhvatiti samo nekoliko stotina pojedinačnih neurona odjednom, stručnjaci iz Michigana uspjeli su razviti prototip sustava za snimanje koji ima potencijal za snimanje 10.000 do 20.000 neurona, dajući istraživačima neviđeni pogled na aktivnost mozga u stvarnom vremenu, dok on stvara i priziva sjećanja. Inovativni sustav snimanja koristi posebno dizajniranu leću pričvršćenu na mikroskop koja se brzo pomiče gore-dolje okomito između različitih ravnina i u svakoj sekundi snima desetke slika neurona koji se aktiviraju u vanjskim slojevima moždane kore. 

Bežični nosivi ultrazvučni flaster

Znanstvenici Odjela za primijenjenu znanost i tehnologiju na američkom Nacionalnom institutu za biomedicinsko oslikavanje i bioinženjering (NIBIB) predstavili potpuno bežični ultrazvučni flaster koji može kontinuirano pratiti kritične vitalne signale poput otkucaja srca i krvnog tlaka i o tome izvijestili u časopisu Nature Biotechnology.  

Ključni element ove studije je dizajn ultrazvučnog kruga. Kod prijašnjih flastera ultrazvučna sonda bila je spojena na fleksibilni kabel za napajanje i prijenos podataka. Sada su kabeli su zamijenjeni nosivim sklopom koji može prethodno obraditi i bežično prenijeti ultrazvučne podatke na pozadinsku stanicu za daljnju analizu.

Isprva namijenjen za praćenje kardiovaskularnih funkcija, flaster može staviti na abdomen za praćenje dijafragme ili na udove za praćenje perifernih arterija. Sustav ima potencijal za mjerenja na više točaka u tijelu, a dizajn sonde može se lako prilagoditi da odgovara različitim zahtjevima praćenja tkiva. 

Pametni tekstil inspiriran paukovima

Crpeći inspiraciju iz načina na koji pauci ispredaju svilu za izradu svojih mreža, istraživači Odsjeka za znanost o materijalima i inženjerstvo Fakulteta za dizajn i inženjerstvo Nacionalnog sveučilišta u Singapuru razvili su inovativnu metodu izrade mekih vlakana koja su istovremeno i čvrsta, i rastezljiva i električki vodljiva i pritom se još mogu ponovno upotrijebiti za proizvodnju novih vlakana. 

Proces proizvodnje može se provesti na sobnoj temperaturi i tlaku, a koristi manje otapala i manje energije, što ga čini atraktivnom opcijom za proizvodnju funkcionalnih mekih vlakana za razne pametne primjene. Ova funkcionalna vlakna, opisana u časopisu Nature Electronics, mogu se tako ugraditi u rukavicu sa senzorom naprezanja za potrebe igranja ili u pametnu masku za kontrolu apneje. 

Meka vlakna su ispredena iz otopine viskoznog gela koja se sastoji od poliakrilonitrila (PAN) i iona srebra zvanih PANSion, otopljenih u dimetilformamidu (DMF). PANSion vlakna mogu otkriti promjene u električnim signalima koji bi se mogli koristiti kao oblik komunikacije poput Morseove abecede. Uz to, ta bi vlakna mogla osjetiti promjene temperature, što bi se pak moglo iskoristiti za zaštitu robota od okruženja s ekstremnim temperaturama. 

Magnetski roboti hodaju, pužu i plivaju

Znanstvenici s MIT-a razvili su sićušne robote mekanog tijela kojima se može upravljati slabim magnetom. Roboti, oblikovani od gumenih magnetskih spirala, mogu se programirati da hodaju, puze i plivaju kao odgovor na jednostavno magnetsko polje koje se lako primjenjuje.

Ovi roboti, predstavljeni u časopisu Advanced Materials, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202301916 dobro su prilagođeni za prijevoz tereta kroz zatvorene prostore, a njihova gumena tijela dovoljni su nježna za osjetljiva okruženja pa bi ih se moglo koristiti u biomedicini i ugrađivati u umjetne mišiće i materijale koji podržavaju regeneraciju tkiva.

Roboti su dugački oko milimetra, ali bi se mogli proizvesti i u puno manjim dimenzijama, kažu istraživači. Precizan proces magnetiziranja generira program za svakog robota i osigurava jednostavno upravljanje robotima nakon izrade. Slabo magnetsko polje aktivira program svakog robota i pokreće njegov određeni tip kretanja. Jedno magnetsko polje može čak poslati više robota da se kreću u suprotnim smjerovima. Okretanjem prekidača za preokret magnetskog polja može robota koji nosi teret natjerati da se lagano protrese i odbaci teret. 

Metalne čestice za dulji vijek trajanja baterije

Oblaganjem silikonskih anoda stabiliziranim metalnim česticama litija (SLMP), znanstvenici Tehničke škole George R. Brown na Sveučilištu Rice značajno su poboljšali preliticiju, proces koji pomaže ublažiti gubitak litija i poboljšava životni ciklus baterije. Novi proces, opisan u časopisu ACS Applied Energy Materials, produžuje trajanje baterije između 22 i 44 posto, a zamjena grafita silicijem značajno je poboljšala gustoću energije litij-ionskih baterija.

Umjetni mišići mogu se savijati 

Novi feroelektrični polimer koji učinkovito pretvara električnu energiju u mehaničko naprezanje razvili su istraživači Penn Statea. Ovaj materijal nadilazi tradicionalna piezoelektrična ograničenja i pokazuje veliki potencijal za upotrebu u medicinskim uređajima i robotici. Njegove su performanse poboljšane stvaranjem polimernog nanokompozita koji značajno smanjuje potrebnu snagu pogonskog polja.

"Ova meka tvar može podnijeti veliko opterećenje uz veliko naprezanje, po čemu ovaj materijal veoma nalikuje ljudskom mišiću. To znači da bismo mogli razviti meku robotiku koju nazivamo umjetnim mišićima", zapisali su istraživači u časopisu Nature Materials.  

Ručni terahercni rendgen bez štetnog zračenja

Istraživači japanskog instituta RIKEN razvili su priručni uređaj koji učinkovito koristi terahercni pojas elektromagnetskog spektra za rendgensko snimanje objekata bez štetnog zračenja. Optimiziranjem određenih tehnika i korištenjem specifičnih materijala, značajno su poboljšali izlaznu snagu terahercnih valova i smanjili uređaj toliko da može stati na dlan. Tehnologija obećava različite primjene uključujući nedestruktivno snimanje i kvantno istraživanje.

Uređaj koristi novi mikročip laser koji infracrvene laserske impulse proizvodi velikom snagom u vremenu kraćem od nanosekunde. Pomoću ovog uređaja istraživači su uspjeli otkriti plastični pištolj skriven iza neravnog stakla i škare u debeloj kožnoj torbi. Terahercni valovi mogu otkriti i kemijski sastav tvari i različite bezbojne tekućine kao što su kerozin i aceton pa bi se ovaj skener mogao koristiti za sigurnosne provjere u zračnim lukama i analizu umjetničkih djela.

Štoviše, kažu njegovi tvorci, ovim bi se skenerima mogli opremiti robote koji bi puzali cjevovodima u potrazi za tragovima korozije i dronovi koji bi kontrolirali dalekovode za prijenos električne energije.

Precizni nizovi nano LED-ica

Istraživači MIT-a razvili su revolucionarnu metodu za precizan uzgoj pojedinačnih nanokristala halogenidnog perovskita na licu mjesta gdje je to potrebno uz preciznu kontrolu lokacije, unutar manje od 50 nanometara; za usporedbu, list papira debeo je 100.000 nanometara. Ovom se tehnikom može precizno kontrolirati veličina nanokristala, što je važno jer veličina utječe na njihove karakteristike. 

Tehnika, opisana u časopisu Nature Communications, skalabilna je, svestrana i kompatibilna s konvencionalnim koracima izrade, tako da može omogućiti integraciju nanokristala u funkcionalne uređaje nano mjera. Istraživači su to iskoristili za izradu nizova nanometarskih dioda (nano LED), sićušnih kristala koji emitiraju svjetlost kada se električki aktiviraju. Takvi bi nizovi mogli imati primjenu u optičkoj komunikaciji i računalstvu, mikroskopima bez leća, novim vrstama kvantnih izvora svjetlosti i zaslonima visoke gustoće i visoke razlučivosti za proširenu i virtualnu stvarnost.

Istraživači žele istražiti više potencijalnih primjena ovih sićušnih izvora svjetlosti. Također žele testirati granice koliko ti uređaji mogu biti mali i poraditi na njihovom učinkovitom uključivanju u kvantne sustave. Osim izvora svjetlosti u nano razmjerima, proces također otvara druge mogućnosti za razvoj nanouređaja na čipu koji se temelje na halidnom perovskitu.

Metalni gelovi za vodljivi 3D i 4D ispis

Istraživači Državnog sveučilišta Sjeverne Karoline (NCSU) razvili su vodljivi metalni gel za 3D printanje čvrstih predmeta na sobnoj temperaturi. Ovaj gel kombinira čestice bakra, indija i galija, suši se u čvrsto stanje i može pokazati promjene oblika koje se mogu kontrolirati kad se na njih primijeni toplina. Riječ je o procesu koji se naziva "četverodimenzionalni ispis". Ovi objekti pokazuju visoku električnu vodljivost, utirući put stvaranju raznih elektroničkih komponenti i uređaja.

istraživači koriste otopinu mikronskih čestica bakra, suspendiranih u vodi. Potom u nju dodaju malu količinu slitine indija i galija koja je tekući metal na sobnoj temperaturi. Miješanjem ove smjese čestice tekućeg metala i bakra lijepe se jedna za drugu, tvoreći "mrežu" metalnog gela unutar vodene otopine.

Dobiveni gel može se ispisati konvencionalnom mlaznicom za 3D ispis i zadržava svoj oblik nakon ispisa. A kad se osuši na sobnoj temperaturi, dobiveni 3D objekt postaje još čvršći zadržavajući svoj oblik. Međutim, zagrijavanjem otisnutog predmeta događaju se zanimljive stvari. Brzo sušenje može uzrokovati strukturnu deformaciju, što znači da ispisani objekt možete natjerati da promijeni oblik. A budući da su tiskani predmeti do 97,5% metalni, vrlo su vodljivi, vodljiviji od bilo čega drugog što se može ispisati. 

Novi materijal smanjuje potrošnju energije

Znanstvenici uporno tragaju za novim materijalima koji mogu generirati više energije kako bi elektronika bila bolja, manja i učinkovitija. Jedan takav kandidat za ove nove i poboljšane računalne čipove je klasa topoloških polumetala. Elektroni u tim materijalima ponašaju se na različite načine, dajući im jedinstvena svojstva koja nemaju tipični izolatori i metali u elektroničkim uređajima. Posebno je zanimljiva njihova upotreba u spintroničkim uređajima, alternativi tradicionalnim poluvodičkim uređajima koji iskorištavaju vrtnju elektrona umjesto električnog naboja za pohranu podataka i obradu informacija.

Istraživači Sveučilišta u Minnesoti sintetizirali su tanki film jedinstvenog topološkog polumetalnog materijala koji može generirati više računalne snage i memorije za pohranu uz znatno manje energije i o tome izvijestili u Nature Communications. Budući da je njihov proces kompatibilan s industrijom, tehnologija se može lakše usvojiti i koristiti za proizvodnju uređaja koji troše energiju.