Umjetni testisi, opisani u časopisu International Journal of Biological Sciences, obećavaju revoluciju u reproduktivnoj medicini i liječenju poremećaja spolnog razvoja i muške neplodnosti. Testisi uzgojeni u laboratoriju Instituta za nanotehnologiju i napredne materijale Sveučilišta Bar-Ilan preživjeli su u posudi do devet tjedana i bili su nalik prirodnim testisima miša; čak su razvili cjevaste strukture ekvivalentne onima koje proizvode spermu u testisima miševa i ljudi. 

Novostvoreni organoidi testisa nisu proizvodili spermu, ali bi stanice mogle sudjelovati u mejozi, staničnoj diobi koja se koristi za proizvodnju različitih spolnih stanica, uključujući spermu. Ubuduće, tim želi istražiti mogu li se organoidi natjerati da proizvode spermu i hormone, a krajnji im je cilj uzgoj organoida testisa iz ljudskih stanica i proizvodnja sperme za buduće tretmane plodnosti poput in vitro oplodnje (IVF).

Realistične protetičke oči iz 3D printera

Otprilike osam milijuna ljudi diljem svijeta nosi očne proteze. Nažalost da bi se izradilo umjetno oko prilagođeno svakom pacijentu posebno treba puno vremena i visokokvalificiran ručni rad. No, sad su djelatnici njemačkog Instituta za istraživanje računalne grafike IGD Fraunhofer razvili su i testirali digitalni proces za proizvodnju proteza za pacijente kojima je potrebno umjetno oko. 

Uređajem za optičku koherentnu tomografiju (OCT) skenirali su očne duplje i zdrave oči deset pacijenata i automatski oblikovali protezu kako bi odgovarala očnoj duplji. Slike u boji korištene su za generiranje teksturiranih 3D modela izrađenih s pomoću 3D pisača s više materijala u punoj boji. Vrijeme ispisa jedne proteze je oko 90 minuta, odnosno oko 10 sati za istovremeni ispis 100 proteza. 

Inženjeri su uspjeli replicirati boju i anatomiju drugog oka, posebice boju, veličinu i strukturu šarenice te izgled bjeloočnice. Dok su proteze zahtijevale konačne prilagodbe kod okulista, ovaj pristup zahtijeva pet puta manje rada u usporedbi s tradicionalnim procesima. Autori rada objavljenog u Nature Communications, vjeruju da bi u budućnosti mogli izraditi i puno osjetljivije, dječje proteze.

Umjetni jezik, novo oružje za ubijanje bakterija

Bakterijske infekcije drugi su vodeći uzrok globalne smrtnosti, a zubne bolesti poput karijesa i parodontitisa bitno utječu na kvalitetu života i često dovode do sistemskih bolesti. Uostalom, endokarditis ili apsces mozga razvijaju se zbog infekcije nastale u zubima. No broj ovih bolesti, komplikacija pa i smrti u budućnosti bi se mogao smanjiti zahvaljujući umjetnom jeziku koji ubija bakterije u ustima. 

Ovaj jezik, osmišljen suradnjom šangajskih znanstvenika i opisan u ACS Applied Materials & Interfaces, temelji se na nizu kemijskih senzora koji reagiraju na pojavu bakterija. Pritom su koristili sićušne čestice, nanozime, obložene s DNK. Testiranje sustava na uzorcima koji sadrže 11 vrsta bakterija pronađenih u ustima pokazalo je nanozimi ubijaju tri uobičajene vrste bakterija, oštećujući njihove vanjske slojeve.

3D ispis inspiriran kameleonom

Crpeći inspiraciju iz sposobnosti kameleona da mijenjaju boje, istraživači Sveučilišta Illinois Urbana-Champaign uspjeli su ispisati dinamične objekata u više boja koristeći samo jednu vrstu tinte. To su postigli promjenom jačine UV svjetla tijekom ispisa. Detalji tog procesa opisani su u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.

Nova metoda kontrole strukturne boje u spektru vidljive svjetlosti postignuta je kombinacijom kemije unakrsnog povezivanja s aditivnom proizvodnjom. Ovaj inovativni pristup omogućuje stvaranje prijelaza boja od tamno plave do narančaste pomoću samo jedne vrste tinte. Prema istraživačima, njihova metoda imat će široku primjenu, uključujući proizvodnju fotonskih smola i 3D tiskanih struktura. 

Podzemni laboratorij za lov na tamnu tvar

Kineski podzemni laboratorij CJPL-II, trenutno najveće i najdublje podzemno postrojenje na svijetu, započeo je potragu za tamnom tvari koja čini više od 80 posto svemirske materije. Smješten ispod planine Jinping, laboratorij je zakopan ispod 2400 metara stijene, što ga štiti od kozmičkih zraka i pozadinskih šumova koji mogu ometati potragu. 

U objektu koji se prostire na 330.000 kubičnih metara nalaze se dva nadograđena detektora tamne tvari: PandaX i CDEX. PandaX koristi tekući ksenon, a CDEX je germanijev detektor veće osjetljivosti koji registrira električne signale kad čestice tamne tvari komuniciraju s njim. Kombinacija ova dva eksperimenta povećava šanse za hvatanje nedostižnih čestica tamne tvari, čak i ako su izuzetno rijetke. Svi detalji dokumentirani su u časopisu Nature.

2D magnetski materijali

Eksperimentalne računalne memorije i procesori izgrađeni od magnetskih materijala troše daleko manje energije od tradicionalnih uređaja temeljenih na siliciju. Dvodimenzionalni magnetski materijali, sastavljeni od slojeva debljine samo nekoliko atoma, imaju nevjerojatna svojstva koja mogu omogućiti uređajima koji se temelje na magnetima da postignu neviđenu brzinu, učinkovitost i skalabilnost.

Na tom tragu, istraživači MIT-a uspjeli su precizno kontrolirati van der Waalsov magnet na sobnoj temperaturi koristeći impulse električne struje. Ispalili su elektrone na magnet napravljen od novog materijala koji može održati svoj magnetizam na višim temperaturama. Eksperiment, opisan u časopisu Nature Communications, iskoristio je temeljno svojstvo elektrona poznato kao spin, zbog kojeg se elektroni ponašaju poput sićušnih magneta. Manipulirajući vrtnjom elektrona koji udaraju u uređaj, istraživači mogu promijeniti njegovu magnetizaciju.

"Ovaj heterostrukturni uređaj zahtijeva red veličine nižu električnu struju za prebacivanje van der Waalsovog magneta. Naš je uređaj također energetski učinkovitiji od drugih van der Waalsovih magneta koji se ne mogu prebaciti na sobnoj temperaturi", objašnjavaju istraživači koji smatraju da bi se takav magnet mogao koristiti za izradu bržih računala koja troše manje električne energije. Mogao bi,kažu, omogućiti i postojane magnetske računalne memorije ili procesore koji složene AI algoritme čine energetski učinkovitijima.

'Zvučni filmovi' osvjetljavaju moždane aktivnost

Američki znanstvenici preveli su složene slikovne podatke mozga u "filmove", kratke videozapise s pratećom glazbenom podlogom, što će im pomoći u tumačenju onoga što se događa u mozgu prilikom izvođenja određenih ponašanja. Koristeći rezultate ranijih radova koji su moždanu aktivnost preveli u zvuk, istraživači Sveučilišta Columbia kombinirali su ih sa slikama aktivnosti moždanih stanica i promjenama protoka krvi kod miševa u različitom situacijama, od trčanja do njegovanja. Čak su snimili i film mišjeg mozga na ketaminu. Aktivnost moždanih stanica predstavili su klavirom, a podatke o protoku krvi violinama, što im omogućuje da čuju povezani odnos između te dvije aktivnosti.

U časopisu otvorenog pristupa PLOS ONE demonstrirali su novu tehniku ​​u tri različite eksperimentalne postavke, pokazujući kako se audiovizualne reprezentacije mogu pripremiti s podacima iz različitih pristupa oslikavanju mozga, uključujući 2D optičko mapiranje širokog polja (WFOM) i 3D mikroskopiju konfokalno poravnate planarne ekscitacije (SCAPE). 

Identifikator neželjenih interakcija

Časopis Nature Biomedical Engineering predstavio je novu strategiju za identificiranje lijekova i terapija koje se ne smiju koristiti istovremeno. Pri izradi ovog "identifikatora" istraživači MIT-a, Brigham and Women's Hospitala i Sveučilišta Duke koristili su modele tkiva i algoritme strojnog učenja. Rezultatima testa i informacijama iz nekoliko baza podataka o lijekovima istrenirali su model da predviđa koji lijekovi djeluju s kojim transporterima, na temelju sličnosti između kemijskih struktura lijekova.

Koristeći ovaj model dobili gotovo dva milijuna predviđanja potencijalnih interakcija. Među njima je bilo i predviđanje da bi antibiotik doksiciklin mogao loše djelovati s varfarinom, često propisivanim lijekom za razrjeđivanje krvi. Slične podatke dobili su i za interakcije doksiciklina s digoksinom, levetiracetamom i takrolimusom.

Robot crtač

Istraživači Universidad Complutense de Madrid (UCM) i Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) predstavili su model temeljen na dubokom učenju koji omogućuje humanoidnom robotu da skicira slike u stvarnom vremenu, oponašajući kreativni proces ljudskog umjetnika. Za razliku od većine umjetnosti generirane umjetnom inteligencijom, koja se obično proizvodi algoritamski, ovaj robot koristi duboke tehnike učenja pojačanja za stvaranje skica potez po potez, slično onome kako ljudi crtaju.

Njihov sustav koristi Deep-Q-Learning okvir, poboljšan za precizno planiranje radnji i izvršavanje zamršenih ručnih zadataka u različitim okruženjima. Arhitektura se sastoji od tri međusobno povezane mreže: globalne koja izdvaja značajke visoke razine, lokalne koja hvata značajke niske razine oko pozicije slikanja i izlazne mreže koja generira sljedeće pozicije. Dva dodatna kanala pružaju informacije vezane uz udaljenost i alate za slikanje, usmjeravajući proces obuke i poboljšavajući robotove vještine skiciranja.

Ovaj robot, dokumentiran u časopisu Cognitive Systems Research, predstavlja značajan iskorak u konvergenciji umjetne inteligencije i robotike te, kažu, otvara mogućnost da se roboti uključe u kreativne procese nalik ljudskim umjetničkim pokušajima.

Ultratanki pacemaker napajan svjetlom

Istraživači Sveučilišta u Chicagu razvili su ultratanki pacemaker koji se može ugraditi minimalno invazivnom operacijom i radi s pomoću svjetlosti kao izvora energije. Takav bi uređaj, opisan u časopisu Nature, mogao pomoći u smanjenju komplikacija nakon operacije srca i popločati budućnost srčanih stimulatora. Uz to, ova fotonaponskim ćelijama nadahnuta tehnologija mogla bi se iskoristiti i za neuromodulaciju i liječenje bolesti poput Parkinsonove.

"Na pragu smo nove granice gdje se bioelektronika može neprimjetno integrirati s prirodnim funkcijama tijela", kažu istraživači koji su koristili dva sloja silicija P-tipa koji stvaraju električni naboj kada svjetlo sja. Gornji sloj ima više rupa koje pomažu u poboljšanju električne izvedbe ćelije i koncentriraju električni naboj. Takav mali pacemaker može se ugraditi s pomoću sićušne cijevi i optičkog vlakna koje po potrebi može zasvijetliti u preciznim uzorcima, pretvarajući se u električne naboje za regulaciju srca.

Talog kave napaja natrij-ionske anode

U studiji objavljenoj u časopisu KeAi Carbon Resources Conversion grupa istraživača iz Kazahstana i Južne Koreje izvijestila je o uspješnoj sintezi P-dopiranog tvrdog ugljika koristeći talog kave kao prekursor i fosfornu kiselinu kao doping.

Talog kave lako je dostupan materijal jer ga se godišnje odbaci oko 18 milijuna metričkih tona. Još je važnija njegova jedinstvena lignocelulozna struktura koja bi mogla ublažiti probleme neravnomjerne distribucije i nedostatka litija.

Bolje i jeftinije satelitske snimke

Tradicionalno, projektiranje i rad satelita za promatranje Zemlje uključuje kompromise između veličine, cijene i kvalitete različitih hardverskih opcija. No sad su istraživači Tehnološkog sveučilišta Swinburne u Australiji i tvrtka Planet Labs osmislili metodu, opisanu u u časopisu Remote Sensing Letters, koja smanjuje troškove satelita i istovremeno održava visoku kvalitetu slika, a sve uz pomoć umjetne inteligencije.

Najteže je, kažu, bilo nadoknaditi staklenu leću, što sugerira da dizajneri satelita ne bi trebali raditi kompromise u kvaliteti leće u odnosu na kvalitetu ostalih komponenti. Snimanje Zemljine površine važno je za niz primjene, od praćenja klimatskih promjena i gubitka bioraznolikosti do praćenja ekstremnih događaja poput šumskih požara i poplava. Smanjenje cijene satelita za promatranje Zemlje omogućit će bolje praćenje ovih važnih pojava. 

Akcelerator na mikročipu

Istraživači Stanforda intenzivno rade na malom akceleratoru elektrona temeljenog na tehnologiji "akceleratora na čipu" sa širokim potencijalom primjene u proučavanju fizike, kao i medicinskim i industrijskim uporabama. Oni su dokazali da silicijski dielektrični laserski akcelerator DLA  može i ubrzati i zadržati elektrone, stvarajući fokusirani snop elektrona visoke energije. 

"Da su elektroni mikroskopski automobili, to je kao da po prvi put upravljamo i držimo nogu na gasu", objasnili su u časopisu Physical Review Letters. Iako je to značajan korak naprijed, trebat će još puno toga učiniti prije nego što se ovi mali akceleratori počnu koristiti u industriji, medicini i istraživanju. Bit će na primjer potrebno trodimenzionalno zadržavanje elektrona kako bi se omogućilo da akcelerator bude dovoljno dugačak za veće energetske dobitke.

U svakom slučaju, kako je nedavno i sestrinska istraživačka grupa na Sveučilištu Friedrich Alexander (FAU) u Erlangenu demonstrirala sličan uređaj s jednim laserom i pokretanjem s mnogo nižom početnom energijom, u sljedećim danima možemo očekivati zanimljivu elektronsku utrku.