Pametni prozori za bežični prijenos podataka i flasteri za liječenje ćelavosti

Iz tjedna u tjedan znanstvenici nam predstavljaju nova istraživanja i saznanja koja bi nam mogla promijeniti živote

Mladen Smrekar subota, 5. studenog 2022. u 06:00

Inženjeri Sveučilišta Rice razvili su žive bioelektroničke senzore, bakterije koje brzo osjećaju i izvještavaju o prisutnosti raznih kontaminanata. Projekt, predstavljen u časopisu Nature, pokazuje da se stanice mogu programirati tako da identificiraju kemijske napadače i prijave njihovu prisutnost u roku od nekoliko minuta puštanjem detektabilne električne struje.

Živi bioelektronički senzori šalju udar električne energije kada se aktiviraju. Prema istraživačima, takvi "pametni" uređaji mogli bi se napajati dok mjere količinu nečistoća u u rijekama, na farmama, u industrijskim postrojenjima i pročišćavačima otpadnih voda. 

Istraživači su eksperimentirali s bakterijom Escherichia coli i tiosulfatom, sredstvom koje se koristi u pročišćavanju vode i može uzrokovati cvjetanje algi
Istraživači su eksperimentirali s bakterijom Escherichia coli i tiosulfatom, sredstvom koje se koristi u pročišćavanju vode i može uzrokovati cvjetanje algi

Pametni prozori za bežični prijenos podataka

Na saudijskom Sveučilištu znanosti i tehnologije kralja Abdulaha (KAUST) već neko vrijeme istražuju kodiranje podataka u umjetne izvore svjetlosti i mogućnosti korištenja sunčeve svjetlosti kao prijenosnika informacija. Naime, kažu oni, znatne količine ambijentalnog svjetla ostaju neiskorištene i uglavnom se koriste za osvjetljenje. Takvo se svjetlo može modulirati za prijenos podataka nudeći komplementarno rješenje za bežičnu komunikaciju.

Dizajnirana postavka za sada može prenositi podatke brzinom od 16 kilobita u sekundi
Dizajnirana postavka za sada može prenositi podatke brzinom od 16 kilobita u sekundi

Sunčeva svjetlost koja struji kroz prozor lako se može iskoristiti za bežični prijenos podataka na elektroničke uređaje, zaključili su istraživači i dizajnirali sustav pametnog stakla (switchable glass) koji može regulirati sunčevu svjetlost koja prolazi kroz njega. Sustav bi kodirao podatke u svjetlo koje onda mogu detektirati i dekodirati uređaji u prostoriji.

Ilustracija učinka polarizatora na polariziranu svjetlost
Ilustracija učinka polarizatora na polariziranu svjetlost

Ovaj inovativni sustav, opisan u časopisu IEEE Photonics Journal, nudi i ekološkiji način komunikacije u usporedbi s konvencionalnim Wi-Fi ili mobilnim prijenosom podataka.

Transparentni radijacijski hladnjak

Znanstvenici Sveučilišta Kyung Hee osmislili su prozirni premaz za prozore koji snižava temperaturu unutar zgrada i to bez trošenja ijednog vata energije. To im je uspjelo uz pomoć napredne računalne tehnologije i umjetne inteligencije, a svoja su zapažanja iznijeli u časopisu ACS Energy Letters.

U vrućim i suhim gradovima, kažu istraživači, optimizirani TRC bi mogao smanjiti potrošnju energije za hlađenje za 31%. Ovo rješenje moglo bi se primijeniti i na prozorima automobila i kamiona, a tehnika optimizacije omogućena kvantnim računalstvom mogla bi se koristiti za izradu drugih vrsta kompozitnih materijala
U vrućim i suhim gradovima, kažu istraživači, optimizirani TRC bi mogao smanjiti potrošnju energije za hlađenje za 31%. Ovo rješenje moglo bi se primijeniti i na prozorima automobila i kamiona, a tehnika optimizacije omogućena kvantnim računalstvom mogla bi se koristiti za izradu drugih vrsta kompozitnih materijala

Njihov "transparentni radijacijski hladnjak" (TRC) sastoji se od izmjeničnih tankih slojeva uobičajenih materijala poput silicij-dioksida, silicij-nitrida, aluminijeva oksida ili titan-dioksida na staklenoj podlozi, prekrivenih slojem polidimetilsiloksana. Vrste, redoslijed i kombinacija slojeva određeni su uz pomoć strojnog učenja i kvantnog računalstva. 

Srčani stimulator bez baterija

U radu, objavljenom u časopisu Science Advances, istraživači Sveučilišta u Arizoni detaljno su opisali rad bežičnog srčanog stimulatora bez baterija koji bi se ugrađivao manje invazivnim postupkom i koji bi pacijentima uzrokovao manje boli. Naime, uređaj sveučilišnog laboratorija Gutruf šalje puno ciljanije signale koristeći se optogenetikom. Ona modificira stanice, obično neurone, osjetljive na svjetlost, zatim koristi svjetlost da utječe na ponašanje tih stanica.

Novi model pacemakera sastoji se od četiri fleksibilne latice koje sadrže izvore svjetlosti i elektrodu za snimanje. Latice se prilagođavaju načinu na koji srce mijenja oblik dok kuca i savijaju kako bi ga obavile, poput cvijeta koji se zatvara noću
Novi model pacemakera sastoji se od četiri fleksibilne latice koje sadrže izvore svjetlosti i elektrodu za snimanje. Latice se prilagođavaju načinu na koji srce mijenja oblik dok kuca i savijaju kako bi ga obavile, poput cvijeta koji se zatvara noću

Budući da sustav ne koristi električne signale nego svjetlo, uređaj može nastaviti snimati informacije čak i kada pejsmejker treba defibrilirati. Uz to, ne zahtijeva bateriju, čime se smanjuje potreba za zamjenom baterije u uređaju svakih pet do sedam godina, što je trenutna norma.

Materijali koji se sami sastavljaju

Životinje i biljke same se sastavljaju na staničnoj razini, oslanjajući se na proteine da se sami savijaju u ciljne geometrije koje kodiraju različite funkcije. A sada su istraživači MIT-ovog Laboratorija za računalnu znanost i umjetnu inteligenciju (CSAIL) osmislili način da se magnetski reprogramabilni materijali sami sastavljaju u robotske kocke. Oni su pritom jako selektivni i biraju s čime se i kako povezati u specifične oblike i odabrane konfiguracije.

Meki magnetski materijal koji su upotrijebili istraživači, dobiven iz jeftinih magneta za hladnjake, daje svakoj kocki koju su napravili magnetski potpis na svakoj od njezinih strana. Potpisi osiguravaju da je svako lice selektivno privlačno samo jednom drugom licu od svih ostalih kocki, kako u translaciji tako i u rotaciji.

Kocke se mogu magnetski programirati u vrlo finoj rezoluciji. Nakon što ih se baci u spremnik za vodu udarit će jedna o drugu. Ako sretnu pogrešnog partnera, odustat će, ali ako nađu odgovarajućeg, vezat će se
Kocke se mogu magnetski programirati u vrlo finoj rezoluciji. Nakon što ih se baci u spremnik za vodu udarit će jedna o drugu. Ako sretnu pogrešnog partnera, odustat će, ali ako nađu odgovarajućeg, vezat će se

Korištenjem magnetskih programa mogu se masovno proizvoditi homogeni dijelovi i vezati u specifične ciljne strukture; još važnije, može ih se i reprogramirati da kasnije dobiju nove oblike bez potrebe za ponovnom preradom dijelova.

Ispisivi sklopovi rade na tkanini, plastici i voću

Nekad su popularne bile naljepnice koje se glačalom lijepe na odjeću. Sada su znanstvenici razvili vrlo sličnu shemu kojom se umjesto obiteljskih fotografija ili logotipova ispisuju sklopovi. Metodom, opisanom u ACS Applied Materials & Interfaces, funkcionalni sklopovi mogu se mogu ispisati na razne predmete, od ukulelea do šalica za čaj.

Istraživači su običnim laserskim pisačem ispisali dizajn na termalni papir uz pomoć tonera na bazi ugljika. Uzorci tonera hrapave površinu i stvaraju hidrofobni jaz između ugljika i tekućeg metala pa se elektronska tinta lijepio samo na izložene dijelove površine.

Jednostavna elektronika funkcionira kako je i predviđeno na različitim podlogama, od prikaza slika, preko RFID označavanja, do senzora temperature i zvuka. Istraživači kažu da bi ovaj protokol trebao uvelike proširiti primjene krugova od tekućeg metala.

Brzi ispis strujnih krugova od tekućeg metala s omogućenim toplinskim prijenosom na više podloga
Brzi ispis strujnih krugova od tekućeg metala s omogućenim toplinskim prijenosom na više podloga

Flaster s mikroiglicama za liječenje ćelavosti

Istraživači kineske Nacionalne zaklade za prirodne znanosti iskoristili su strojno učenje kako bi predvidjeli spojeve koji neutraliziraju reaktivne vrste kisika u vlasištu koje uzrokuju ćelavost. Testirali su ukupno 91 kombinaciju prijelaznih metala, fosfata i sulfata i potom izabrali najboljeg kandidata za izradu flastera s mikroiglicama koji će učinkovito regenerirati dlake, zasad samo na miševima.

Strojnim učenjem protiv ćelavosti
Strojnim učenjem protiv ćelavosti

Unutar 13 dana, životinje su regenerirale deblje pramenove kose koji su gušće pokrivali njihove prethodno ćelave stražnjice od miševa tretiranih testosteronom ili minoksidilom. Istraživači kažu da je njihova studija proizvela nanozimski tretman za regeneraciju kose i ukazala na potencijal računalnih metoda za korištenje u dizajnu budućih nanozimskih terapeutika.

Metin UI predviđa oblik 600 milijuna proteina

Kad je londonski Deep Mind ove godine otkrio predviđene strukture za oko 220 milijuna proteina, obuhvatio je gotovo svaki protein iz poznatih organizama u DNK bazama podataka. A sad su i istraživači tvrtke Meta (bivšeg Facebooka) upotrijebili umjetnu inteligenciju kako bi predvidjeli strukture nekih 600 milijuna proteina iz bakterija, virusa i drugih mikroba.

Metina baza podataka sadrži predviđanja strukture za 617 milijuna proteina
Metina baza podataka sadrži predviđanja strukture za 617 milijuna proteina

Generirali su predviđanja, opisana u Biorxiv, koristeći "veliki jezični model" (large language model), vrstu umjetne inteligencije koja je osnova za alate koji mogu predvidjeti tekst od samo nekoliko slova ili riječi. 

Drugi korak, inspiriran DeepMindovom pionirskom strukturom proteina AI AlphaFold, kombinira takve uvide s informacijama o odnosima između poznatih proteinskih struktura i sekvenci. Metina mreža ESMFold nije precizna kao AlphaFold, ali je zato 60 puta brža u predviđanju struktura. ESMFold je u samo dva tjedna predvidio strukture više od 617 milijuna proteina, dok AlphaFoldu trebati nekoliko minuta da generira jedno predviđanje.

Otkrivena tajna fantomskih nota

Godine 1714. talijanski violinist Giuseppe Tartini otkrio je da kad istovremeno svira dvije note čuje i treći zvuk. Ova treća nota kasnije je nazvana kombiniranim tonom jer je njezina frekvencija mješavina frekvencija dva izvorna tona. Stoljećima se smatralo da ti tonovi ne izviru iz instrumenta već nastaju isključivo u našim ušima, sve dok se tog problema nisu dohvatili istraživači Sveučilišta u Firenci.

Kombinirani ton na violini izrađenoj 1700. godine u Bologni čuo se 75 posto jače nego na modernom instrumentu masovne proizvodnje
Kombinirani ton na violini izrađenoj 1700. godine u Bologni čuo se 75 posto jače nego na modernom instrumentu masovne proizvodnje

Potaknuti idejama fizičara Hermanna von Helmholtza, analizirali su snimke profesionalnog violinista koji je odabrane parove nota odsvirao na pet instrumenata različite starosti i kvalitete. Uz pomoć računalnih programa rastavili su zvučne valove na dijelove s različitim frekvencijama. Otkrili su da sve violine proizvode kombinirane tonove, ali i da se oni najbolje čuju na najstarijim instrumentima.

Eksperiment, opisan u časopisu The Journal of the Acoustical Society of sugerira da kombinacija tonova proizlazi iz načina na koji zrak vibrira i miješa se unutar violine jer ton ne određuje samo žica nego i oblik violine.