На чтение: ≈ 17 мин.Как и все предыдущие, 2022 год оказался богат на научные открытия и разработки. В этой подборке мы предлагаем вам описание самых интересных исследований из различных сфер наук и технологий. Все они способны тем или иным образом повлиять на нашу жизнь.
Семья неандертальцев в России
В Алтайском крае впервые были обнаружены останки целого семейства неандертальцев. Исследованиями занимались специалисты Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (Германия). Результаты были опубликованы в журнале Nature.
В статье сообщается, что ученые проанализировали генетический материал возрастом более 50000 лет, найденный в алтайских пещерах Чагырская и Окладникова. При помощи метода гибридизационного захвата удалось составить базу последовательностей ядерной, митохондриальной и Y-хромосомальной ДНК.
Выяснилось, что 17 фрагментов останков принадлежали 13 неандертальцам, из которых семеро были мужчинами и шестеро – женщинами. При этом только восемь из них являлись взрослыми, а остальные пятеро – детьми и подростками. Анализ изменчивости ядерной ДНК и гетероплазмий – различий в ДНК митохондрий – показал, что все эти особи приходились друг другу родственниками. В частности, один из мужчин и девочка-подросток имели схожую ядерную ДНК, но различную митохондриальную (последняя передается детям по материнской линии). Это указывало на то, что они могли приходиться друг другу родными отцом и дочерью. В то же время митохондриальная ДНК мужчины была идентична с двумя другими особями мужского пола. Исследователи предположили, что все трое могли состоять в родстве по женской линии, к примеру иметь общую бабушку.
По мнению антропологов, такое низкое генетическое разнообразие в социальной группе свидетельствует о том, что популяция алтайских неандертальцев находилась на грани вымирания. По всей вероятности, численность таких групп могла составлять от 10 до 20 особей, что намного меньше, чем у более поздних древнейших или современных человеческих сообществ. Хотя, судя по генетическим мутациям Y-хромосомы и митохондриальной ДНК, сообщества местных неандертальцев были связаны между собой через женскую миграцию. Что, впрочем, не помешало им вымереть. Однако надо помнить, что фрагменты неандертальской ДНК присутствуют и в наших генах.
Одежда, измеряющая давление
Специалисты Массачусетского технологического института (MIT) разработали специальную ткань для изготовления так называемой умной одежды. Материал, получивший название 3DKnITS, плотно прилегает к телу и способен точно фиксировать движения и позу человека.
«Умной» одеждой называются предметы гардероба, оснащенные помимо основной еще какими-то специальными функциями. Например, они могут согревать или охлаждать пользователя, светиться, производить различные замеры, генерировать электрический заряд для мобильных устройств.
В новой разработке инженеры MIT смогли встроить в многослойные трикотажные ткани систему для измерения давления. Для производства модифицированного текстиля они использовали цифровую вязальную машину, которая сплетает слои ткани с рядами стандартной и функциональной пряжи. В результате два слоя токопроводящего трикотажа оказываются зажаты вокруг пьезорезистивного материала, при сжатии меняющего свое сопротивление.
Всего в ткань «вплетены» 96 датчиков. Они собирают информацию, которая затем поступает в электронную нейросеть для интерпретации. В процессе обучения алгоритм научился определять движения пользователя с точностью 99,6%.
Одежда с датчиками может найти применение, скажем, в области спорта. Сейчас люди, отслеживающие свою физическую активность, вынуждены носить специальные фитнес-браслеты или смарт-часы, что не всегда удобно. Если вы будете бегать или выполнять другие физические упражнения в «умных» спортивных костюмах, вам не понадобятся дополнительные устройства, встроенные датчики в автоматическом режиме дистанционно передадут сведения на смартфон, а вам останется потом только с ними ознакомиться.
По мнению авторов новинки, она пригодится и в реабилитационной медицине, например чтобы определить уровень физической нагрузки на пациентов и рекомендовать им более эффективный режим упражнений.
Вкус виртуальности
Мы постоянно слышим о том, что виртуальную реальность стремятся максимально приблизить к настоящей. Уже существуют технологии, способные передавать сенсорные ощущения. Еще пару десятилетий назад был предложен способ имитации запахов – вставлять в устройство картриджи, которые в нужный момент начнут испускать соответствующие ароматы. А вот вкус пищи…
Решить проблему взялся Хомеи Мияшита, профессор японского Университета Мэйдзи. Он разработал гаджет, который можно облизывать, ощущая вкус пищи, которую вам показывают на экране. Прибор под названием Taste the TV («Попробуй телевизор») был успешно протестирован на добровольцах.
Это не первое подобное изобретение Мияшиты. Самым ранним его ноу-хау в этой области стала «соленая вилка», предназначенная для пациентов больниц. Ряду пациентов по тем или иным причинам прописывается диета, и пища может казаться им пресной и невкусной. В этом случае они могут воспользоваться электронным столовым прибором, активирующим рецепторы, отвечающие за кислый и соленый вкус. Не потребляя в реальности запрещенную для него острую еду, человек ощущает здоровую пищу как обладающую ярко выраженным вкусом. И, что самое главное, это не наносит никакого вреда его организму.
Следующим ноу-хау стал «генератор вкуса», основанный на электрофорезе. Внутри устройства находятся емкости с гелями нескольких базовых вкусов. Если полизать генератор, тот испускает слабый электрический разряд, и человек ощущает набор вкусов. Сила тока, ответственная за то или иное вкусовое сочетание, генерируется на основе соответствующих формул, которые можно задать заранее.
Первая модель «генератора вкусов» представляла собой трубку. Сегодня это сенсорный экран. Нажав на кнопки, можно заказать тот или иной вкус на выбор. Так, одна студентка заказала вкус шоколада и, хотя и не с первой попытки, получила желаемое.
По мнению профессора Мияшиты, технология будет очень полезна, например, тем, кто захочет заочно окончить кулинарные курсы или просто научиться готовить. Со временем разработка будет усовершенствована настолько, что вы сможете попробовать продукты, которые заказываете онлайн. Также устройство можно будет подключать к телевизору и «пробовать» еду из фильмов.
Прогнозирование родов
Специалисты из клиники Мэйо (США, Рочестер, штат Миннесота) предложили использовать компьютерные алгоритмы для вычисления вероятности того, насколько гладко пройдут естественные роды и возникнет ли необходимость кесарева сечения. Подробности разработки опубликованы в научном издании PLOS ONE.
Изначально существует масса факторов, влияющих на протекание родов. И не всегда есть возможность их все учесть. Скажем, у роженицы аллергия на какой-то препарат, или присутствует какое-то хроническое заболевание, не критичное в обычной ситуации, но способное повлиять на роды и их исход.
Чтобы обучить программу и создать базу данных, способных повлиять на родовой процесс, исследователи использовали сведения о пациентах из многоцентрового консорциума по безопасному труду Национального института детского здоровья и человеческого развития. Базы охватывали 66000 историй родов и включали в себя более 700 клинических и акушерских факторов, возникавших с момента поступления в медицинское учреждение до окончания процесса, таких как анамнез пациентки, ее физические параметры, результаты последнего обследования и др.
Разработчики считают, что данная технология позволит заменить существующие на сегодняшний день схемы оценки будущих родов на более точные прогнозы, так как алгоритмы будут учитывать индивидуальные особенности пациенток.
Смеющиеся роботы
Специалисты Киотского университета (Япония) решили научить роботов использовать при коммуникации с человеком смех. Ведь юмор считается человеческой чертой, и если его демонстрируют и роботы, значит, разработчикам удалось приблизить их «интеллект» к интеллекту человека. Подробности новой разработки были опубликованы в журнале Frontiers in Robotics and AI.
Для экспериментов использовали робота по кличке Эрик. Причем перед авторами проекта стояла задача не просто научить машину имитировать звуки смеха, а выдавать релевантную реакцию в ответ на шутки собеседника и таким образом делать диалог с человеком более естественным. «Один из способов, которым робот может сопереживать пользователю, – смех», – считает ведущий автор работы доктор Кодзи Иноуэ.
Сначала роботу дали ознакомиться с 80 диалогами реальных людей, в ходе которых они в какие-то моменты смеялись. Эрику предлагалось проанализировать сказанное и принять решение, каким образом отреагировать на него. В процессе анализа были задействованы три подсистемы искусственного интеллекта: первая должна была распознавать смех, вторая – принять решение о том, требуется ли выдавать какую-либо реакцию, а третья – выбрать, какой именно тип смеха сюда подойдет. Дело в том, что, по мнению исследователей, в каких-то ситуациях уместен громкий смех «от души», а в каких-то – всего лишь сдержанный смешок.
«Роботы на самом деле должны иметь особый характер, и мы думаем, что они могут показать это своими смехом, взглядом, жестами и стилем речи», – высказался Иноуэ. Ученый также добавил, что, прежде чем будет создана максимально реалистичная модель поведения роботов, может пройти несколько десятилетий.
Клик-химия
В 2022 году Нобелевская премия по химии досталась профессору Каролин Бертоцци из Стэнфордского университета и ее коллегам Мортену Мелдалу из Копенгагенского университета и Барри Шарплессу из Института Скриппса за вклад в развитие так называемой клик-химии.
Суть открытия в том, что его авторы изобрели специальные ингредиенты-«посредники», позволяющие сочетать между собой несочетаемые химические элементы. Это позволило синтезировать в лабораторных условиях сложные органические молекулы, по составу аналогичные тем, которые синтезирует наш организм при помощи естественных ферментов.
Дело в том, что биологический организм сам по себе является большой лабораторией и в принципе может вырабатывать любые жизненно необходимые нам вещества и лекарства. Однако в результате разнообразных сбоев этого не происходит, либо количества «препарата» недостаточно, чтобы решить возникшую проблему. И вот тогда на помощь приходят медикаменты.
Одним из разработчиков технологии клик-химии является наш бывший соотечественник Валерий Фокин, который, правда, сейчас живет и работает в США. Также одна из клик-реакций – боронат-триольная конденсация – была открыта сотрудниками московского Института органической химии имени Н.Д.Зелинского.
Наночастицы для борьбы с ожирением
Команда ученых из Колумбийского университета создала специальные наночастицы для борьбы с избыточным весом, мешающие жировым клеткам запасать энергию внутри себя. Детали работы опубликованы в журнале Nature.
Ожирение в организме возникает из-за увеличения белой жировой ткани. Новые катионные наночастицы P-G3, состоящие из полиамидоамина, при проникновении в жировые клетки препятствуют их разрастанию. Таким образом, клетки не могут скапливать в себе излишки энергии. При этом поверхность наночастиц обладает положительным зарядом, что позволяет им активно связываться с отрицательно заряженными молекулами и поверхностями.
Эксперименты проводились на мышах, в жировую ткань которых вводили искусственные наносферы. Оказалось, что данные частицы повышали активность белков PPAR, ответственных за быстрое сжигание калорий. Кроме того, они подавляли функционирование клеточных систем, распознающих избыток в организме питательных веществ. Так что защита от ожирения работала даже в тех случаях, когда рацион грызунов был низкокалорийным.
Исследователи считают, что новая технология не только поможет избавиться от лишнего веса, но и сведет к минимуму побочные эффекты, возникающие, например, при липосакции. Сбудется наконец мечта многих людей – есть что угодно и не поправляться!
Ирина ШЛИОНСКАЯ
Выбор читателей
Комментарии