В течение следующих нескольких недель оборонное научное агентство DARPA объявит конкурс на разработку уникального гуманоидного робота, который сможет выполнять различную человеческую работу: водить машину, открывать двери, идти по пересеченной местности, перебираться через завалы, ремонтировать лопнувшие трубы, выполнять операции, требующие мелкой моторики пальцев и т.д.
Изначально планы по разработке робота, способного работать бок о бок или вместо человека, просочились в американские СМИ, а позже были подтверждены представителями DARPA.
Целью новой программы будет создание человекоподобного робота, который сможет работать в той же среде, что и человек, т.е. в цехах заводов, на палубах кораблей и т.д., причем пользуясь инструментами, созданными для человеческих рук. Первоначально робот предназначен для работы на промышленных объектах и в зонах стихийных бедствий. В будущем не исключается и военное применение, в конце концов, оружие – это тоже «инструмент», подогнанный под человеческую анатомию.
В ходе конкурса сначала будут выбраны 12 наиболее перспективных проектов, которые будут профинансированы DARPA. Надежда на реализацию амбициозного проекта есть. В настоящее время существует множество технологий автономного управления роботами. Так, в рамках Grand Challenge разработаны автоматизированные автомобили, способные самостоятельно передвигаться по пересеченной местности, а на МКС работает человекоподобный робот-астронавт НАСА Robonaut. Ряд военных программ, таких как Cheetah и AlphaDog, демонстрируют возможности копирования опорно-двигательного аппарата животных и «общения» человека с машиной, а робот Petman или Sacros, по сути, являются механической копией человеческого тела, причем копией с более широкими возможностями и живучестью.
Специалисты DARPA надеются, что в ходе конкурса удастся объединить эти технологии в уникальном гуманоидном роботе, способном заменить человека в самых опасных или наоборот рутинных делах.
В рамках эксперимента физикам удалось передать информацию с помощью частиц нейтрино. Очевидно, что пока "нейтринному телеграфу" далеко до практического применения. Тем не менее, перспективы огромны.
14 марта 2012 года случилось событие, сравнимое с изобретением радиосвязи: ученые из американской Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (FermiLab) смогли передать информацию с помощью частиц нейтрино. Пока это первый сложнейший эксперимент, далекий от практического применения. Но теперь есть уверенность, что развитие технологии нейтринной связи совершит революцию в области коммуникаций и кардинально изменит мир.
Неуловимые
Нейтрино – это совершенно уникальная частица, к сожалению, пока малоизученная.
Частица нейтрино похожа на электрон, но имеет важное отличие: у нее нет электрического заряда. Благодаря этому на нейтрино не влияют электромагнитные поля. Современной физике известны четыре типа взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное (связывает нейтроны и протоны) и слабое. На нейтрино влияют лишь очень слабые субатомные силы, имеющие гораздо меньшую дальность, чем электромагнетизм - меньше размера атомного ядра. Гравитация, как самое слабое из четырех взаимодействий, также не оказывает значительного воздействия на нейтрино с околонулевой массой. Таким образом, уникальные свойства нейтрино позволяют им проходить сквозь практически любые препятствия и преодолевать большие расстояния.
Нейтрино - это одни из самых распространенных частиц во Вселенной. Большинство нейтрино образовались около 15 миллиардов лет назад, вскоре после рождения Вселенной. С этого момента Вселенная непрерывно расширяется и охлаждается, а нейтрино просто продолжают свой бесконечный полет. Другие нейтрино постоянно производятся в реакторах атомных электростанций, ускорителях частиц, ядерных взрывах, во время рождения, гибели звезд и т.д.
Приемники, передатчики
Нейтрино везде: миллиард этих всепроникающих частиц пронзают человека каждую секунду. Но из-за способности проходить сквозь любую материю нейтрино очень трудно поймать с помощью детекторов научных приборов. Хорошо «ловятся» только высокоэнергетические нейтрино, но их на Землю попадает слишком мало – большинство «теряются» еще в космосе. Но даже и с менее энергичными частицами не все так просто: из миллиардов частиц нейтрино лучшие современные детекторы обнаруживают лишь одну.
Нам повезло, что есть вещества-сцинтилляторы, способные задерживать хотя бы это небольшое количество высокоскоростных нейтрино, например, изотоп хлор-37 или галлий. Так, при столкновении нейтрино с ядром атома хлора образуется электрон и радиоактивный аргон. Это вещество используется при изучении нейтрино, которые испускает Солнце. Также для обнаружения нейтрино используется и обычная хорошо очищенная вода: частица сталкивается с атомом воды и «вышибает» из него электрон, оставляющий в воде светящийся след, так называемое Черенковское излучение.
Инжектор NuMi
Увы, но взаимодействие нейтрино все равно настолько редки, что требуется строить очень большие приемники с десятками тысяч литров вещества-ловушки. В своем эксперименте ученые Fermilab использовали главный инжектор проекта NuMI, дающий самый мощный в мире пучок нейтрино. Установка каждые 2,2 секунды производит импульсы длиной 1,8 микросекунды, выбрасывающие протоны с энергией 120 ГэВ. Протонный пучок ударяет в мишень из углерода, в результате чего образуются множество пионов, каонов и других частиц. Почти все пионы и каоны распадаются на нейтрино, которые летят в том же направлении, куда был первоначально направлен протонный пучок, т.е. в строну детектора (приемника).
Детектор MINERvA
В эксперименте по нейтринной коммуникации поток нейтрино пролетел 1035 метров (причем 240 из них – сквозь сплошную скальную породу) к детектору MINERvA, расположенному в подземной пещере на глубине около 100 метров.
Все оборудование MINERvA представляет собой огромное сооружение весом в 170 тонн. Основная часть приемника относительно компактна: 5х2,1 метра. Центральная часть состоит из «пачки» в 120 модулей с различными сцинтиляторами (He, C, Fe, Pb, H2O, CH). Свечение, образующееся в результате взаимодействия сцинтиляторов с нейтрино, регистрируется с помощью чувствительных фотоприемников и передается по оптоволоконным кабелям к фотоэлектронным умножителям.
Детектор MINERvA способен регистрировать воздействие одного нейтрино каждые 8 секунд, что на сегодня является очень хорошим показателем, но это пока слишком мало для разговора о полноценной высокоскоростной нейтринной связи. При этом для фиксации используется не только набор сложнейшего оборудования, но и соответствующее программное обеспечение, способное выделить нейтринное событие.
Передача информации
Для передачи информации был использован простейший метод кодирования сигнала: отсутствие протонного пучка это «0», а его включение – «1». Это очень примитивный метод, особенно если учесть, что для регистрации нейтринных событий и обработки данных требуется некоторое время. Таким образом, возможности регистрации не космического нейтрино пока не очень велики и требуют длительной передачи.
На рисунке 1 видно, что для передачи данных использовался пучок нейтрино без модуляции. Черной линией обозначена передача данных, а пунктирной – процесс Пуассона, который используется для моделирования потока космических частиц.
В ходе эксперимента было также важно отличить нейтрино из инжектора NuMI от космических нейтрино. Поэтому был выбран наиболее простой и легко интерпретируемый метод передачи, хотя и не самый эффективный.
Структура сообщения показана на рисунке 2а. Для первой в истории нейтринной передачи информации было выбрано сообщение из 8 букв – слово «нейтрино» (neutrino). Каждая буква этого слова была зашифрована 5-битным кодом, полученным удалением первых двух (левых) битов в стандартном 7-битном коде ASCII. В результате получилось 40-битное сообщение, которое затем было закодировано с помощью свёрточного кода, предназначенного для исправления возможных ошибок, возникающих во время передачи информации. Код имел длину кодового ограничения равную 7, что соответствует стандартам связи НАСА и ЕКА. Это увеличило размер сообщения до 92 бит. Затем был добавлен псевдошумовой сигнал синхронизации – еще 64 бит. Итого: слово из 8 букв поместилось в 156-битное сообщение (кадр), которое повторялось на протяжении всего эксперимента.
Инжектор-передатчик NuMI отправлял пучкок нейтронов с интервалами 2,2 секунды между каждым и суперциклом в 61,267 секунды. Приемник, детектор MINERvA, на протяжении 142 минут эксперимента сделал 3454 записей.
Надо подчеркнуть, что особенности нейтрино и инжектора-передатчика заставили ученых выбрать самый простой и не очень быстрый метод дешифровки сигнала и исправления ошибок приема. Фактически, это объединение нескольких передач, когда кадры (в нашем случае слово «нейтрино) синхронизируются для сравнения структуры битов и замены поврежденной информации.
На рисунке 3 видна статистика синхронизации кадров. Кружками отмечены правильно реконструированные сообщения. Некоторые кадры получить не удалось из-за прекращения работы инжектора или детектора. Таким образом, передача сообщения была подтверждена на основании расшифровки и синхронизации 2 из 15 полученных кадров.
Теоретические расчеты процесса Пуассона показывают, что при 5 кадрах 99% передаваемых бит декодируются правильно. А полное отсутствие ошибок наблюдается при синхронизации 9 кадров. В реальном эксперименте каждый кадр передавался с точностью 78%. Это хорошо видно на рисунке 2в, где изображен один кадр (сообщение со словом «нейтрино»): в верхней части зелеными и белыми полосками показаны переданные биты информации, внизу – принятые.
Синхронизация нескольких таких кадров позволяет реконструировать кадр и заполнить прорехи, появившиеся в результате различных помех. В принципе детектор MINERvA может регистрировать в среднем 0,81 нейтринное событие на каждый импульс из 2,25×1013 нейтрино. Выглядит ничтожно мало, но, тем не менее, при выбранном кодировании сообщения (сигнал получен это «1», не получен – «0») за два кадра можно добиться точности передачи битов в 99%. В любом случае, в обсуждаемом эксперименте не стояла задача добиться максимальной скорости передачи, а лишь опытным путем доказать возможность нейтринной связи. Но потенциал более скоростного соединения есть даже при примитивных методиках кодирования.
Схема эксперимента по нейтринной связи
Для данного эксперимента максимальная теоретическая скорость передачи данных 0,37 бит/импульс инжектора. То есть, например, для получения точности 99% при передаче 40 бит информации нам нужно сделать две серии по 92 импульса – итого 184. На практике скорость передачи в два раза ниже: около 0,22 бит/импульс.
Как было написано выше, инжектор NuMi может выдавать импульс каждые 2,2 секунды, а значит, для текущего эксперимента скорость передачи данных была равна около 0,11 бит в секунду. По сравнению с современными беспроводными сетями, способными передать мегабайты данных за секунду, нейтринная связь работает очень медленно. Но не забываем, что ни один радиопередатчик не способен послать сигнал сквозь 240 м скальной породы, а для нейтринного – потенциально и Юпитер с Солнцем вместе взятые не являются препятствием.
Применение
Возможность коммуникаций с помощью нейтрино начала активно обсуждаться учеными с конца 1960-х годов. Прежде всего, нейтринная связь интересовала военных – им нужен надежный способ связи с подлодками, которые находятся на большой глубине. Сегодня для этих целей используются радиостанции, работающие в диапазоне очень низких частот (3—30 кГц). Радиоволны этого диапазона проходят сквозь воду на глубину до 20 м, и таким образом подлодка может получить от командования приказы, находясь под водой. Однако строительство низкочастотного радиопередатчика – это очень сложное дело, поскольку требуется построить антенну для радиоволны длиной около 3,6-3,9 км. Длина такой антенны должна быть около 2 км, а вес составляет сотни тонн. Например, антенный комплекс российской станции связи с подлодками «Антей» (расположена вблизи г. Вилейка, Беларусь) весит 900 т. На этом фоне нейтринный приемопередатчик, возможно, вызывающий ироничную усмешку у скептиков, выглядит компактным прибором, весящим «всего» десятки тонн. В общем, сейчас инженеры используют различные ухищрения, вроде электродов, зарытых в землю и использующих ее в качестве антенны. Но в любом случае низкочастотные передатчики слишком уязвимы для ударов противника, обеспечивают скорость передачи данных до 100 кб/сек и потребляют очень много электроэнергии с низким КПД. Буксируемые антенны, установленные на подлодке, тоже имеют большую длину, к тому же они работают только на прием и для двусторонней связи все равно нужно использовать спутник-ретранслятор. Нейтринная связь может решить эту проблему, ведь нейтрино легко проходят сквозь толщу воды и корпус подлодки. Возможность связи с командованием без необходимости всплытия существенно повысит надежность морской компоненты ядерного щита.
Нейтринные приемопередатчики решат, наконец, проблему связи с космическими аппаратами: с ними можно будет связаться, даже если они закрыты от Земли другой планетой.
Также нейтринная связь может повлиять и на гражданские коммуникации: нейтринный сигнал проходит сквозь толщу Земли приблизительно на 20 миллисекунд быстрее, чем радиосигнал, направленный через спутники-ретрансляторы.
Но, пожалуй, главное, что открывает нам прорыв в нейтринной связи – это возможность слушать Вселенную в совершенно новом диапазоне. Некоторые ученые, в том числе и из Fermilab, считают, что связь между высокоразвитыми цивилизации ведется именно с помощью нейтрино. Дело в том, что ни одно электромагнитное сообщение не способно пересечь всю галактику: оно неизбежно будет уничтожено мощными помехами, «заглохнет» в облаках пыли, отразится от планет, «утонет» в глубине звезды и т.д. В то же время нейтрино способны проделать этот путь и доставить послание. Пока для участия в гипотетических галактических нейтринных коммуникационных сетях у человечества недостаточно высокий уровень технологий. Прежде всего, нам надо научиться генерировать и модулировать сверхмощные нейтронные пучки, а также создать детекторы, способные улавливать 60 и более процентов нейтрино, а не одну штуку из триллионов. Возможно, с развитием нанотехнологий нам это удастся.
опубликовано 13 апр ‘12 14:59 текст: Александр Храмов/Infox.ru
Глобальная компьютерная модель, созданная французскими математиками и астрономами, позволит проследить историю Вселенной и плотность темной материи в различных ее областях.
Астрономы из Парижской обсерватории представили первую версию всеобъемлющей компьютерной модели, которая охватывает всю историю наблюдаемой Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Модель позволяет проследить эволюцию 550 миллиардов частиц. Она разработана в рамках реализации первого этапа (всего их будет три) масштабного проекта под названием Deus: full universe run, который выполняется на новом суперкомпьютере CURIE. Проект, как надеются ученые, прольет свет на природу темной материи и ее распределение во Вселенной.
Используя компьютерное моделирование, ученые уже смогли показать, что масса всех известных галактических групп превышает массу Солнца в сотни тысяч миллиардов раз, а их общее оценивается в 144 миллиона. Галактические группы сформировались, когда Вселенной было два миллиарда лет, а вес самой массивной из известных групп галактик составляет 15 квадриллионов (тысяч триллионов) солнечных масс. Эти данные позволили предварительно оценить, как во Вселенной варьирует плотность темной материи. Подобно космическому микроволновому фоновому излучению, подобные вариации объясняются последствиями Большого взрыва. Помимо прочего, модель позволяет вычислять с необыкновенной точностью барионную акустическую осцилляцию. С ее помощью выявляется присутствие темной материи.
Реализацию этого масштабного проекта сделал возможной суперкомпьютер CURIE, расположенного в Большом вычислительном центре (Tres Grand Centre de Calcul) во французском департаменте Эсон. CURIE способен выполнять два миллиона миллиардов операций в секунду и входит в пятерку самых мощных суперкомпьютеров в мире. Объем полученных результатов будет эквивалентен 30 миллионам DVD, но новейшие технологии позволят ужать его в 150 раз.
Ученые полагают, что исследования помогут им рассчитать распределение темной материи на пространстве в 90 миллиардов световых лет и понять, как она эволюционировала и влияла на систему мироздания в целом.
Беспроводной передатчик энергии: мощность выросла в разы
Немецкие исследователи создали новый беспроводной передатчик энергии, который может найти широкое применение в медицине и мобильных электронных технологиях.
Передатчик, разработанный исследователями из Института Фраунгофера цилиндрической формы настолько компактен, что его можно носить на поясе. При этом он может передавать ток более 100 мВт на расстояние около 50 сантиметров. Таким образом, приемник можно разместить практически в любой части тела.
[highslide]http://filearchive.cnews.ru/img/reviews/2012/04/17/17_energy.jpg[/highslide] Новый беспроводной передатчик энергии можно носить на поясе
Новое устройство должно найти применение прежде всего в медицине. В настоящее время существует множество электронных имплантатов, вроде кардиостимуляторов, приборов, дозирующих лекарства, или микровидеокамер, сканирующих внутренние полости тела. До сих пор электропитание этих устройств было серьезной проблемой, ведь даже самые лучшие компактные аккумуляторы, например, в кардиостимуляторах, не работали дольше 2 лет. Разработка немецких ученых может решить эту проблему.
Безвредный для организма человека беспроводной передатчик может направлять энергию сквозь любые немагнитные материалы: кожу, мышцы, кости, внутренние органы, воду, пластик и даже некоторые металлы.
Внутри передатчика вращается магнит, который создает вращающееся магнитное поле. В свою очередь, это поле приводит в движение магнит внутри приемника, который таким образом вырабатывает электрический ток. Система может масштабироваться: от крошечных приборов из микроскопических магнитных гранул, до крупных промышленных приборов, работающих в герметичных баках.
В ходе испытаний новой беспроводной системы передачи энергии не было зафиксировано никаких вредных побочных последствий для живого организма – магнитное поле даже не нагревало живые ткани.
Как известно, белки являются крупными органическими молекулами, на которых основана земная жизнь. До сих пор считалось, что белки целиком зависят от воды и не могут без нее функционировать. Однако ученые из Университета Бристоля бросили вызов этой устоявшейся точке зрения: их эксперимент показывает, что белки могут функционировать и в безводной среде. Это открытие может повлиять на наши представления о живых организмах, внеземной жизни, а также создать новые ферменты с уникальными свойствами.
Белки жизненно важны для всех организмов, поскольку они позволяют превращать пищу в энергию, снабжать кислородом кровь и мышцы, управлять иммунной системой и т.д. Так как белки развивались в богатой водой среде, ученые до сих пор считали, что существование и работа белков полностью зависят от воды.
Белки состоят из одного или нескольких полипептидов - цепочек аминокислот, скрепленных пептидными связями. Если поместить белок в воду и нагреть его до температуры, близкой к кипению воды, то эти цепочки теряют свою структуру и белок подвергается процессу денатурации (разворачивается).
Классический пример денатурации можно наблюдать в процессе варки куриных яиц - белки разворачиваются и слипаются в твердую структуру. В случае с яйцом этот процесс необратим, но некоторые белки при понижении температуры могут сворачиваться обратно.
Ранее считалось, что вода имеет важное значение для процесса обратного сворачивания белка, однако эксперимент ученых из Университета Бристоля показывает, что это не обязательно так. Исследователи выяснили, что белок миоглобин, переносящий кислород, может повторно сворачиваться в среде, почти полностью лишенной молекул воды.
Этого удалось добиться путем присоединения молекул полимера на поверхность белка и удалением воды для получения вязкой жидкости, которая при охлаждении с температуры +155 градусов Цельсия возвращается к своей первоначальной структуре. При этом миоглобин демонстрирует чрезвычайно высокую термостойкость.
Новые данные о ключевом компоненте жизни открывают путь для создания уникальных промышленных ферментов полезных для самых различных технологий: от биосенсоров до электрохимического восстановления углекислого газа в жидкое топливо.
Кроме того, открытие ставит новые вопросы перед экзобиологами. Есть мнение, что в каждой звездной системе существует богатый набор аминокислот, но до сих пор считалось, что без воды эти «строительные блоки» жизни не могут стать ключом к появлению живых организмов.
Ученые из Университета Аризоны выяснили, что молекулярный ион водорода H3+ является главной молекулой Вселенной. Именно благодаря H3+ стало возможным формирование звезд и развитие мироздания в том виде, который мы знаем.
Большая часть Вселенной состоит из водорода в различных формах, но ион H3+ является самым распространенным в межзвездном пространстве. Оказывается, это одна из самых важных молекул, которая играла ключевую роль в охлаждении первых звезд. H3+ имела решающее значение в формировании звезд в первые дни мироздания. Она является предшественником многих видов химических реакций, в том числе соединений, необходимых для жизни, таких как вода или углерод.
Если бы не H3+, ранние звезды становились бы все горячее и горячее и в итоге взорвались бы. Мы никогда не увидели бы звездного неба, да и нас тоже попросту не было бы. Молекулы H3+ были единственным способом сбросить лишнюю энергию молодых звезд и предотвратить их взрыв.
Звезды не могли бы сформироваться и устойчиво «гореть» на протяжении миллиардов лет, если бы не молекулы, которые медленно охлаждали звезды, излучая свет. Лишь немногие молекулы способны на это, но на раннем этапе большинства просто не было, и вот здесь ключевую роль сыграла H3+.
Обычный водород «не любит» излучать свет, в то время как H3+ представляет собой электрически заряженные молекулы, состоящие из трех атомов водорода с двумя электронами. Именно из-за недостатка одного отрицательно заряженного электрона молекула H3+ приобретает положительный заряд. Это заставляет ее вибрировать, излучая свет. Таким образом происходит выброс избыточной энергии звезды и ее охлаждение.
Благодаря исследованию американских ученых астрономы теперь больше знают о формировании молодых звезд и ранней Вселенной и могут точнее определить состав космических объектов. В конечном итоге это приведет к совершенствованию модели нашей Вселенной.
Исследователи из Института Садрона и Университета Страсбурга создали пластиковые волокна в несколько нанометров, которые отлично проводят ток. Изобретение можно использовать в электронной промышленности, причем, в отличие от углеродных нанотрубок, новые нанопровода самоорганизуются под вспышкой света и просты в производстве. Недорогие и простые в обращении пластиковые нанопровода сочетают в себе преимущества двух основных материалов электронной промышленности: проводят электрический ток, как металлы и органические полимеры. При этом их электрические свойства аналогичны свойствам металлов.
Кроме того, пластиковые нанопровода легкие и гибкие, что открывает возможности для миниатюризации электронных компонент вплоть до нанометрового масштаба.
Для создания нанопроводов ученые использовали химически модифицированные молекулы вещества triarylamine - синтетические молекулы, которые на протяжении десятилетий используются компанией Xerox для процесса ксерокопирования. К своему удивлению ученые обнаружили, что новые молекулы triarylamine на свету самостоятельно формируют волокна в несколько сотен нанометров (1 нм это одна миллиардная метра), создавая так называемые супрамолекулярные структуры, состоящие из нескольких тысяч молекул.
Исследователи тщательно изучили электрические свойства новых нановолокон. Прежде всего, стало ясно, что нановолокна формируются на свету только между двумя электродами. Вторым неожиданным явлением стала чрезвычайно высокая электропроводность пластиковых нанопроводов. Они смогли передать ток чрезвычайно высокой плотности: свыше 2.10^6 ампер на квадратный сантиметр, т.е. практически на уровне медного провода. Кроме того, нанопровода имеют очень низкое контактное сопротивление при соединении с металлами: в 10000 раз ниже, чем у лучших органических полимеров.
В настоящее время ученые собираются интегрировать новые волокна в различные электронные устройства: гибкие экраны, солнечные батареи и т.д.
Сила Казимира притягивает одинаковые пластины, но перемены в геометрии и свойствах материала одной из них могут изменить направление силы и привести к появлению эффекта левитации.
Более чем полвека назад голландский физик-теоретик Хендрик Казимир рассчитал, что два зеркала, размещенные друг напротив друга в вакууме, должны притягиваться. Таинственная сила возникает из энергии виртуальных частиц (фотонов), которые согласно квантовой теории непрерывно рождаются и исчезают даже в вакууме. Сила притяжения возникает в результате того, что давление виртуальных частиц снаружи зеркал больше, чем изнутри.
Японский ученый Норио Инуи из Университета Хиого рассчитал, что в определенных обстоятельствах изменения направления силы Казимира будет достаточно, чтобы поднимать очень тонкую пластину, т.е. вызвать эффект левитации. Расчеты ученого были опубликованы в издании Journal of Applied Physics Американского института физики (AIP).
Оказывается, пластина из железоиттриевого граната (YIG) нанометровой толщины может парить на высоте 0,5 микрометра над поверхностью золотой пластины. При этом отталкивающая сила возрастает, если YIG-пластина становится тоньше. Пока этот эксперимент существует только на бумаге, но его можно провести в лабораторных условиях.
Если расчеты Норио Инуи верны, новое явление квантовой механики можно будет использовать в различных областях науки и техники, например, для создания «левитирующих» микрогироскопов, микроэлектромеханических систем (MEMS), предотвращения слипания и заклинивания различных компонентов наномашин и т.д.
Исследователи из датского университета в Орхусе сделали сенсационное открытие, измеряя электрические токи на дне моря. Было непонятно, что именно является проводником этих токов. И ученые предположили, что ток может передаваться между различными бактериями через их совместную "сеть". Теперь подтвердилось, что весь процесс действительно осуществляется внутри бактерий, каждая из которых длиной около 1 см. В это трудно поверить, но они образуют своеобразный живой электрический кабель. Каждая из таких "бактерий-кабелей" содержит связку электрических "проводов", пропускающих ток с одного конца в другой.
Электричество и морская вода, как правило, плохо сочетаются. Тем большим было удивление ученых, когда несколько лет назад они впервые обнаружили, что на морском дне проходит ток. С тех пор они вместе с коллегами из Университета Южной Калифорнии пытались найти ответ на эту загадку. И вот теперь их сенсационные результаты будут представлены в журнале Nature.
Под микроскопом ученым удалось обнаружить неизвестный до сих пор тип длинных, многоклеточных бактерий, которые отмечались всегда, когда ученым удавалось зафиксировать наличие электрических токов. "Мысль о том, что эти бактерии представляют собой электрические кабели, была невероятной. Но все стало на свои места, когда мы увидели эти "провода" - тончайшие струны, окруженные мембраной, - говорит Нильс Рисгаард-Петерсен из орхусского Университета. - Километры живых кабелей".
Бактерии в 100 раз тоньше волоса, однако выполняют все функции, присущие электрическому кабелю с изолированными проводами внутри. Они и внешне похожи на кабель, который можно увидеть повсюду в повседневной жизни, только микроскопический. Эти своеобразные биопровода кажутся простыми, но имеют крайне сложную структуру на наноуровне.
На каждом квадратном метре морского дна могут залегать десятки тысяч километров живого кабеля. Способность проводить электрический ток дает им большие преимущества - они могут забирать большую часть энергии от процессов разложения, происходящих на морском дне. Один конец бактерии-кабеля достигает кислорода, доставляемого морской водой к поверхности дна. А бактерия может эффективно поддерживать сгорание в бескислородной области дна. Ведь электроны от продуктов разложения передаются к кислороду по личному проводу самой бактерии.
Будущее подскажет, насколько этот чудесный продукт биологической эволюции повлияет на создание новых типов электроники. Вероятно, теперь они не за горами.
Новые исследования помогут подобрать ключ к объяснению того, почему поют некоторые песчаные дюны.
Песчаные дюны поют только в нескольких областях по всему миру, и их низкие, гудящие песни пугали и одновременно притягивали на протяжении веков. Их слышал Марко Поло во время своих путешествий, их описывал Чарльз Дарвин в своей книге "Путешествие на "Бигле" - он описал рассказы чилийцев о звуках, которые издают песчаные холмы.
Песня песков – это низкий гул на частоте в пределах нижней части музыкального диапазона виолончели. Ученые заметили, что дюны могут петь, только когда песок скользит вниз по их склонам. Но доказательства того, что осыпающийся песок может звучать, получены экспериментальным путем в 2009 году. Тогда эти звуки смогли получить в лабораторных условиях. Однако осталась неразгаданной еще одна, главная тайна поющих дюн – как могут звучать одновременно несколько нот, создавая красиво, но жутковато звучащий аккорд.
[highslide]http://filearchive.cnews.ru/img/reviews/2012/10/26/26_sand.jpg[/highslide] Дюны могут петь, только когда песок скользит вниз по их склонам
Для изучения этого вопроса физик Симон Дегоэ-Бюи и его коллеги в парижском университете Дидро записали звуки двух различных дюн: возле Тарфая, портового города на юго-западе Марокко, и возле Аль-Асхарах, прибрежного города на юго-востоке Омана.
Независимо от того, где были сделаны записи - рядом с дюнами Марокко или Омана, - пески пели примерно на частоте 105 герц, рядом с соль-диез "большой" октавы. Оманские пески также пели мощно, но иногда "сваливались" в какофонию, используя почти всевозможные частоты от 90 до 150 герц в ряду из девяти нот от Фа-диез до Ре.
Исследования будут опубликованы в журнале Американского геофизического союза Geophysical Research Letters.
Несмотря на то, что оманская дюна звучала несколько небрежно и даже неряшливо, исследователи сумели выделить некоторые тона, которые звучали немного сильнее, чем другие. Ученые также отметили, что отдельные песчинки из оманской дюны сильнее отличались друг от друга по размеру, чем их собратья из Марокко. Песчинки оманской дюны были от 150 до 310 мкм, в то время как песчинки марокканской дюны были от 150 до 170 микрон.
Дегоэ-Бюи и его коллеги привезли песок из оманской дюны в свою парижскую лабораторию. Во-первых, они ссыпали песок по наклонному скату, записывая звук, издаваемый песчинками, с помощью микрофона. Они также измеряли величину вибрации песка с помощью датчиков, которые "плыли" по поверхности потока. Затем они использовали сито, чтобы отсеять песчинки размером между 200 и 250 мкм, и ссыпали этот песок по тому же склону.
Затем исследователи сравнили звук просеянного песка с непросеянным. И обнаружили, что в то время как непросеянные песчинки пели громко, но "небрежно", просеянный песок пел не так фальшиво и примерно в диапазоне 90 герц, так же, как естественные марокканские. Это предполагает, что размер песчинок является важным фактором того, в каком тоне дюны поют.
"Звук, который мы слышим, зависит от размера песчинок", - сказал Симон Дегоэ-Бюи.
Гипотеза его команды состоит в том, что колебания сыпучих песчинок синхронизируются, в результате чего участки песка вибрируют в унисон. "Тысячи мелких вибраций резонансно объединяются, чтобы выталкивать воздух вместе, как мембрана громкоговорителя, - сказал Дегоэ-Бюи. - Но вот почему они синхронизируются друг с другом? Этот вопрос еще не решен".
