A tudomány mai állása - Rájöttek, miért lesz olyan az ujjlenyomatunk, amilyen

25 milliárd gigabájtnyi adat fér a japán kutatók által fejlesztett gyémánt-adattárolóra
Gyémánt-adattárolót fejlesztettek ki japán kutatók. Az új módszerben a kutatócsapat egy lépcsőszerű hordozófelületet használ, amely vízszintesen vezeti el az erőhatásokat és ezzel megakadályozza a repedések kialakulását. Ez az új eljárás lehetővé teszi, hogy nagyobb tisztaságú gyémánt waferek készüljek. A wafer – egy vékony sziliciumlapka, amiből a processzort gyártják – gyémánt verziója tökéletes lehet olyan memóriák gyártásához, melyek később akár kvantumszámítógépekhez is felhasználhatóak lesznek. A gyémántlapkákat úgy állítják elő, hogy a kristályokat hordozóanyagon, általában síkfelületen növesztik. A gyémántkristály-növesztés hagyományos technológiájában nitrogéngázt használnak a nagy növekedési sebesség eléréséhez, így a gyémántkristály nitrogén-szennyezett lesz, és nem használható fel kvantumszámítógépben. Ugyan a gyémánt az egyik legígéretesebb anyag a kvantumszámítógépekhez kapcsolódó fejlesztésekben, a túl sok nitrogén a gyémánt szerkezetében megzavarja a kvantum-adattárolási képességeit. Az új, nagy tisztaságú gyémánt azonban legfeljebb három nitrogénatomot tartalmaz egymilliárd atomonként. A japán műszergyártó gyémántlapkái kvantumszámítógépek memóriájának lennének használhatók, mivel a gyémánt rendkívül nagy tisztasága lehetővé teszi, hogy 25 exabájtnyi, azaz 25 milliárd gigabájtnyi adatot tároljanak. A kvantumtechnológiai fejlesztésekhez használható gyémántkristályok eddig csak körülbelül négy milliméteresek voltak. A kutatók egy olyan eljárást hoztak létre, amivel lehetségessé vált az akár 5 centiméteres, mesterséges gyémántból készült wafer sorozatgyártása.


Egy rugalmas eszköz, amely a testmozgásból nyer energiát
Biomérnökök olyan puha bioelektronikai eszközzel álltak elő, ami viselhető és beültethető diagnosztikai szenzorok alapalkatrészévé válhat, hiszen mindenféle külső forrás nélkül, magának az emberi testnek a mozgásából képes tölteni magát. Azután értek el bravúros felfedezést, hogy rájöttek: a mechanikus terhelés által kiváltott hatás rugalmas anyagokban is létrejöhet. Teljesen egyedivé az teszi a felfedezést, hogy a későbbi felhasználók kényelmesen, akadály nélkül mozoghatnak a bőrfelületükön (vagy az alatt) viselt eszközzel, ami sokkal inkább mágneses energiával, mintsem árammal működik, tehát a verejtékezés sem tudja csökkenteni a teljesítményét. A kutatók bebizonyították, hogy a generátor érzékenysége már az emberi pulzust is képes elektromos jelekké alakítani, így lényegében egy önmagát működtető vízálló szívmonitort alkottak. A tudósok az jósolják, nemcsak a saját ellátására, hanem más hordható eszközök töltésére is alkalmas lesz az eszköz.


Továbbra is jól működik a földradarral felszerelt önvezető autó
Földradart integráltak robotjárművekbe kutatók. A folyamattal gyakorlatilag minden egyes hely ujjlenyomata elkészíthető, hiszen a jellemzők egyediek, így az önvezető autók később képesek precízen meghatározni, hogy hol közlekednek. Az önvezető autók fejlett technológiájuk ellenére még mindig erőteljesen ki vannak téve az időjárás viszontagságainak. A mérnökök úgy gondolták, a tájékozódási képesség fejlesztésében az is hasznos lenne, ha az önállóan közlekedő gépkocsik az úttest alatti dolgokat is érzékelni tudnák. Ha a korlátozott látási körülmények nehézségek elé állítják a gépkocsikba beszerelt kamerákat és szenzorokat, gyakorlatilag lehetetlenné válik a megbízható navigáció. Már egy sűrűbb hóesés is elég ahhoz, hogy az autonóm jármű ne ismerje fel a sávjelzéseket vagy a közlekedési lámpákat. A kutatók úgy döntöttek, földradart integrálnak a robotjárművekbe. A földradar azonosítani tudja a különleges elemeket és azokat össze tudja hasonlítani a már korábban elkészített térkép adataival. Így nincs szükség sem kamerákra, sem szenzorokra. Az eljárás előnye, hogy akár földutakon is működik és 3 méter mélységig hatásos. A földradarral készített térképek helymeghatározási célokra 20 százalékkal kevesebb tárhelyet foglalnak el, mint a hagyományos 2 dimenziós szenzoros térképek. A szakemberek már kipróbálták a rendszert, és a 6 hónapos tesztidőszakban egyetlen alkalommal sem kellett beavatkozniuk.


A drón, ami egy madár magabiztosságával landol
Úgy fog rá bármilyen alakú és anyagú faágra a tudósok által fejlesztett drón 3D nyomtatással készült lába, mintha tényleg egy madár leszállását látnánk. A „természetes mozdulatsort sztereotipizáló légi markoló”, évek kutatásainak eredménye, és két, korábban külön utakon, mégis rokon területeken dolgozó tudós összefogásának köszönhető. Kettejük munkáját összefésülve jött létre a kvadrokopterre csatlakoztatható lábpár, amelynek mozgását és funkcióit a vándorsólyom képességei ihlették. Ez a remek mesterséges utánzat: a hátrafelé csukló térdeket, a váz mentén futó inakat, valamint az ujjakat – amelyek különböző felületekhez érve összerándulnak – mind-mind a ragadozóról mintázták. A kész robot lényegében bármire leszáll, amin fogást talál, és ez sokkal nehezebb feladat, mint gondolnánk. A kutatók kistestű papagájokat tanulmányozva állapították meg, hogy mindegy, milyen méretű és formájú a megcélzott leszállóhely, a madarak mindet pontosan ugyanolyan légi manőverrel közelítik meg, aztán a lábaikra bízzák a felület kezelését. A drón a papagájokhoz hasonló módon mindig ugyanazokkal a manőverekkel közelíti meg a landolásra kiszemelt tárgyakat, ám a cél egy kvadrokopter biztonságos rögzítése volt, így a nagyobb mérethez már a vándorsólyom lábát kellett mintául venni. Az izmokat és inakat motorokkal és damilokkal helyettesítették, majd némi kísérletezés után elérték, hogy a leszállás közben keletkező ütközési energia passzív módon alakuljon fogó hatású erővé, ráadásul húsz milliszekundum alatt. A tudósok elképzelése szerint a drónnak számtalan lehetséges alkalmazási területe van, a mentési feladatoktól a futó- és erdőtűz-megfigyelésig, arról nem is beszélve, hogy egy madarak módjára viselkedő robot mekkora potenciállal bírhat a természetes környezet tanulmányozása terén.


Egy okosruha apró szellőzőnyílások megnyitásával segít lehűlni viselőjének, ha melege van
Olyan okos ruházati cikkeket hoztak létre tudósok, amelyek érzékelik, ha a viselőjüknek melege van, és apró szellőzőnyílásokat nyitnak meg, hogy segítsenek a lehűlésben. Olyan póló már a 90-es években is létezett, amelynek megváltozott a színe, ha az ember testhőmérséklete megugrott vagy lecsökkent. Most pedig úgy tűnik, a hőérzékelő anyagok újabb, fejlettebb példányát alkották meg tudósok. Az új intelligens ruházat egy olyan újfajta, könnyű anyagból készül, amely szárazon visszatartja a hőenergiát, de amikor az ember izzad, több apró szellőzőnyílást nyit meg, hogy a hő távozhasson. Miután az anyag megszáradt, a szellőzőnyílások ismét bezáródnak, hogy megtartsák a hőt. A ruha 15 százalékkal lesz hűvösebb, ha a szellőzőnyílások nyitva vannak, ha pedig csukva vannak, és az anyag szárad, 16 százalékkal melegebb, mint a hagyományos textíliák. A tudósok nem elektronikával, hanem fizikával oldották meg a szellőzőnyílások mozgatását. Szerintük az innovatív anyagot számos különféle ruházati típushoz lehet használni, hiszen biztosítja, hogy a ruha viselője kényelmesen érezze magát különböző körülmények között. Például a hideg időben síelőknek vagy túrázóknak nagyon jól jöhetnek az ilyen ruhadarabok, mert a testhőmérsékletüknek megfelelően tartják a hőt vagy szellőztetnek.


Amíg van mit enniük, addig elektromosság nélkül is végzik a munkájukat a különleges automaták
A jövő orvosi és technológiai újításainak egyik legérdekesebb iránya a nanorobotok fejlesztése, amelyek akár az emberi testben, akár a környezetbe, vizekbe kiengedve hasznos munkát végezhetnek. A legújabb miniatűr robotok kémiai anyagokat szállítanak a felszínre megállás nélkül, amíg ellátják őket sókkal. A minirobotok képesek például mágnesesség hatására is irányt változtatni, de a többségük elektromosságot igényel a folyamatos, hosszan tartó működéshez, ami miatt komplexebb kialakításra van szükség, ez pedig megnöveli a méretüket és bonyolultabbá teszi a gyártásukat. Kutatóknak sikerült elhárítani ezt az akadályt és olyan robotokat hoztak létre, amelyek elektromosság nélkül végzik a feladatukat, egészen addig, amíg találnak a környezetükben olyan elfogyasztani való anyagokat, amelyek biztosítják az aktivitásukat. Ezek a parányi eszközök az adott folyadékban hajtják magukat előre, miközben adott esetben hatóanyagokat is szállítanak. A minirobotok előnye, hogy az emberi testben, a véráramban is tudnak közlekedni, esetleg más munkákat is rájuk lehet bízni, például megtisztíthatják a káros anyagoktól, mikroműanyagoktól a vizeket. Az új fejlesztésű robot is ezeket a tevékenységeket végzi, amennyiben rendelkezésére állnak azok a sók, amelyeket "elfogyasztva" beindul a mozgása: mivel a sóktól nehezebbé válik az őt körülvevő folyadék részecskéinél, ezért, társaival együtt, automatikusan a folyadék közepére csoprtosulnak, ahol a jelenlevő kémiai anyagok a belsejükbe kerülnek a nyitott "szájukon" keresztül. A mindössze két milliméteres robotokat ezután a felszínre lökik a kémiai reakciók során kialakuló oxigénbuborékok, amelyek apró lufikként húzzák fel a hozzájuk kapcsolódó botokat, majd a felszínen újabb reakciók a tárolóedény szélére irányítják őket, ahol végül kiengedik magukból a szállítmányukat. A robotok lehetséges jövőbeli karrierje igen színesnek ígérkezik: nemcsak gyógyszerkutatásokkal kapcsolatos feladatokat bízhatnak rájuk, hanem orvosi alkalmazásokhoz való kémiai mintákat tesztelhetnek.


Alumínium, nikkel és olvadt só – a nyerő hármas?
Hőkezelő ciklusokkal működtethető energiatároló akkumulátort fejlesztettek ki Amerikában. A szakemberek létrehoztak egy akkumulátort, amely 12 héten keresztül akár a benne elraktározott energia 92 százalékát is meg tudja őrizni. Az egység elméleti energiasűrűsége kilogrammonként 260 wattóra. A speciális energiatároló egység olvadt sóelektrolitba merítve egy alumíniumanódot és egy nikkelkatódot tartalmaz. Az elemet 180 °C-ra felmelegítve lehet feltölteni – az ionjai ugyanis csak ilyen körülmények között képesek átvándorolni az egyik elektródáról a másikra. Miután az akkumulátor ismét lehűl szobahőmérsékletűre, az elektrolit megszilárdul, és így csapdába ejti az elköltözött ionokat. A tárolókapacitás növelése céljából az elektrolit egyébként még némi ként is tartalmaz, illetve az anód és a katód között egy üvegszálból készült szeparátor biztosít garanciát arra, hogy az olvasztás és dermedés ismétlődő ciklusai során nem szenved törést a rendszer. A nikkel ára a jövőben nagy valószínűséggel jelentős növekedésnek fog indulni. A várható drágulás miatt a tudósok most azt vizsgálják, hogy a nikkelt nem lehet-e valamiképpen mondjuk vassal kiváltani, ilyen módon ugyanis az árat csaknem a negyedére le lehetne szorítani.


Új napelem a láthatáron, aminek a kis eszközeink örülnek majd nagyon
Kutatóknak sikerült elérni egy áttörést, mely a szilícium rossz tulajdonságait hidalja át. A tudósok által létrehozott napelem alapja az átmenetifém, mely nem csak jóval könnyebb a szilícium alapú napelemeknél, hanem a kitermelésük sem jár annyi környezetkárosítással, mint az eddig bevált alapanyagé. A napelemes technológiák terjedésével és fejlődésével megnyílik az út az elektromos világ fejlődése felé is. Vannak azonban olyan nehezen áthidalható akadályok, mint például a jelenlegi, szilícium alapú napelemek rugalmatlansága és súlya, amit ki kell iktatni ahhoz, hogy a további lehetőségekhez vezető ajtó megnyíljon. A piac 95%-át uraló szilícium alapú napelemek két említett tulajdonsága azt eredményezi, hogy egy sor területen nem lehet őket hasznosítani. Például egy telefont, drónt, vagy más kis eszközt nem lehet bevonni velük, így azok közvetlen nem képesek hasznosítani a Nap energiáját. De igaz ez például az elektromos autók esetében is. Bár a napelemek hatékonysága még nem elegendő ahhoz, hogy egy ilyenekkel borított autó töltését teljes egészében megoldják, de azért sokat hozzátehetnének a haladáshoz. Az átmenetifém alapú napelem elképesztően vékony. A már termelésre fogható verzióból is 15 réteg kellene ahhoz, hogy elérje egy papírlap vastagságát. A bőrszerű, nagyon könnyű anyag pedig már jól használható a kisebb eszközök energiatermelési lehetőségei között. Ez a napelem 5,1%-os hatásfokkal működik. Önmagában - bár kevésnek tűnik - egy ilyen rétegnél ez kifejezetten jó eredmény, de a tudósok számítások alapján állítják, optimalizálással elérhető a 27%-os hatásfok is. Ez pedig már reményteljes adat, hiszen a felhasználási területek így jelentősen megugorhatnak. Az ilyen, és ehhez hasonló fejlesztések teszik lehetővé egy olyan kor eljövetelét, melyben az energia tiszta és problémamentes termelése már nem utópia, hanem a szürke hétköznapok része.


A Holdon jég van, de miért nem olvad el?
A Hold nem rendelkezik olyan mágneses mezővel, mint a Föld, de a bolygó felszíni vizsgálatai során helyi jellegű mágneses tereket tapasztaltak a kutatók. Az egyik ilyen elmélet szerint körülbelül 4 milliárd évre nyúlik vissza származása, amikor a Holdnak még saját mágneses tere volt. 2018-ban a NASA csillagászai vizes jeget találtak a Holdon. A Hold északi és déli pólusán a szurokfekete kráterek alján megbúvó jég örök árnyékba és fagyba zárkózva maradhatott fenn évmilliókig. De míg ezek a sarki kráterek védve vannak a közvetlen napfénytől, nincsenek védve a napszéltől és a részecskék hullámaitól, amelyek másodpercenként több száz mérföldes sebességgel csapódnak be a Napból. A tudósok megosztották térképüket a Hold déli pólusának felszínéről, ami szokatlanul erős mágneses tereket mutatott. A tudósok a térképek alapján azt találták, hogy a mágneses anomáliák legalább két állandóan árnyékolt kráterrel lefedik egymást a Hold déli pólusán. Noha ezek az mágneses mezők meg sem közelítik a Föld mágneses mezeinek erejét, mégis jelentősen eltéríthetik a napszél által eljuttatott ionokat. És ez lehet a Holdon talált jég tartósságának a magyarázata: az apró mágneses pajzsok megvédik a Hold jegét a napszéltől. A NASA szerint először a hetvenes években, az Apollo 15 és 16 küldetései során észlelték ezeket a mágneses anomáliákat, és akkor azt feltételezték, hogy a Hold valószínűleg évmilliárdokkal ezelőtt eltűnt ősi, mágneses pajzsának maradványai. Az Apollo begyűjtött kőzetei mágnesezettek voltak, ami a Hold egykori mágneses terére utalt.


Rájöttek, miért lesz olyan az ujjlenyomatunk, amilyen
A végtagok fejlődéséért felelős gének határozzák meg az ujjlenyomat formáját, nem pedig a bőrért felelős gének – állapították meg kínai kutatók. Bár minden ujjlenyomat egyedi, alapvetően három fő típusba sorolhatók: íves, hurkos és örvényes típusba. Ezek a barázdák és bordák a terhesség harmadik hónapja után kezdenek kialakulni a magzat kéz- és lábujjain. A tudósok úgy sejtették, hogy az ujjlenyomatok azért alakulhattak ki, hogy segítsenek a tárgyak megragadásában és textúrájuk érzékelésében. De arra egyelőre nincs magyarázat, hogy pontosan miként alakultak ki ezek a mintázatok. Genetikusok több mint 23 ezer, különböző etnikai csoportba tartozó személy DNS-ét elemezték és a genomban legalább 43 olyan régiót találtak, amely kapcsolatban áll az ujjlenyomat mintázatával. Az egyik legnagyobb hatással lévő régiónak az egyfajta gén kifejlődését szabályozó terület bizonyult, mely az embrionális végtagfejlődésben játszott szerepéről ismert. Az emberi DNS-adatok elemzéséből kiderült, hogy az ujjlenyomat mintázata genetikailag összefügg az ujjak hosszával. Például azok, akiknek örvényformájú az ujjlenyomata a kisujjain, hosszabb kisujjakkal rendelkeznek, mint azok, akiknek nem örvényformájú a kisujjának ujjlenyomata. A genetikusok szerint, pontosan nem tudni, hogyan formálják a gének az ujjlenyomatok alakját, de vélhetően az embrionális szövetre ható, a növekedésből származó erő befolyásolja. Ahogy a magzat keze növekszik, tenyere és ujjai megnyúlnak. Ez az erő változtathat például egy örvényt hurokká.


Eddig nem ismert sejttípusra bukkantak az emberi tüdőben, olyan, mint egy kis szerszámosláda
Tudósok egy csoportja egészséges emberektől vett tüdőszöveti mintákat elemzett, amikor felfedeztek egy addig ismeretlen összetevőt: egy új sejttípusra bukkantak, melynek létezéséről fogalmuk sem volt. Az újonnan beazonosított sejtek fontos szerepet játszanak abban, hogy a tüdő megfelelően működjön. A légúti szekréciós sejtek azokban az apró, szerteágazó járatokban találhatók, amiket hörgőknek nevezünk. Érdekességük, hogy nagy mértékben hasonlítanak az őssejtekre – azaz más típusú sejtekké differenciálódhatnak –, emellett képesek a sérült léghólyagok sejtjeinek javítására. A kutatók azt is megállapították, hogy ezek a sejtek két feladatot végeznek a tüdőben. Az egyik, hogy olyan molekulákat választanak ki, amelyek fenntartják a hörgők mentén található váladékot, így akadályozva, hogy az apró légutak összeomoljanak. A másik, hogy képesek változni, hogy a tüdő egészséges maradjon. A szakértők szerint a sejtek beazonosítása olyan új terápiás módszerekhez vezethet, amiket főként a krónikus tüdőbetegség ellen tudnának alkalmazni. A betegeknek ma gyulladáscsökkentőket írnak fel, de ez csupán ideiglenes megoldás, mivel a tüdőben jelentkezett kárt a készítmények nem állítják helyre. A tudósok azonban úgy vélik: a légúti szekréciós sejtek megfelelő kihasználásával ez megváltozhatna.


A bőrt megfiatalító technika más, korral járó betegségek kezelésében is segíthet
Kutatóknak sikerült úgy megfiatalítaniuk egy 53 éves nő bőrsejtjeit, hogy olyanok legyenek, mint egy 23 évesé. A tudósok ezzel a technikával az öregedéssel összefüggő betegségek, például a cukorbetegség, a szívbetegségek és az idegrendszeri rendellenességek kezelésére szolgáló gyógymódot akarnak kifejleszteni. A kutatócsoport vezetője szerint ez a módszer végül lehetővé teheti majd, hogy az emberek hosszabb ideig egészségesek maradhassanak öregedésük közben. Először olyan gyógyszerek kifejlesztése várható, amelyek az idősebb emberek bőrét meg tudja fiatalítani azokon a testrészeken, ahol megsérültek, mert így felgyorsulhat a gyógyulás. A kutatók bebizonyították, hogy ez elvileg lehetséges, a megfiatalított bőrsejtek ugyanis gyorsabban mozognak a sebet szimuláló kísérletekben. A következő lépés az, hogy kiderüljön, a technika más szövetekben, például az izom-, a máj- és a vérsejtek esetében is működik-e.