Oggi invitiamo i nostri lettori a guardare al futuro. Vi parleremo di esperimenti scientifici che potrebbero cambiare in meglio le nostre vite nei prossimi decenni. Molto presto potremo godere dei frutti di questa ricerca scientifica.
L'impianto di chip nel corpo umano
Questo dispositivo è stato inventato presso il NASA Research Center in California. È un nanotubo di carbonio che può essere impiantato sotto la pelle.
Immagina una microcapsula "intelligente", cucita nel corpo umano, che inietta nel sangue un medicinale vitale per un individuo al momento giusto e nelle giuste dosi. Un tale adattamento può salvare centinaia di migliaia di malati che hanno bisogno di assumere costantemente farmaci. Ad esempio, se le cellule delle isole di Langerhans del pancreas, che normalmente producono insulina, vengono poste in nanotubi, possono essere utilizzate per curare il diabete.
Una delle modifiche di tale dispositivo dovrebbe essere impiantata negli astronauti. L'idea è che i nanotubi contengano materiale biologico (cellule viventi) che reagisce, ad esempio, a un aumento delle radiazioni dei brillamenti solari e rilascia un farmaco che protegge il corpo dell'astronauta. Le cellule nei nanotubi possono essere ingegnerizzate geneticamente per produrre le sostanze richieste in risposta ai cambiamenti ambientali.
Proteggere una persona dalle radiazioni può, ad esempio, la proteina G-CSF, una sostanza che è già utilizzata nella radioterapia dei malati di cancro. I nanotubi di carbonio devono avere pori che consentano alle cellule di crescere e dividersi e di rilasciare farmaci nell'ospite. Le capsule sono ora in fase di test sugli animali. Ma nel prossimo futuro, gli scienziati passeranno agli esperimenti sui volontari.
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Macchine che assorbono l'anidride carbonica dall'atmosfera
L'imminente cambiamento climatico sul pianeta è stato a lungo discusso a tutti i livelli della società. La causa principale del riscaldamento globale è l'anidride carbonica, che viene prodotta in enormi quantità da impianti industriali e sistemi di trasporto in tutto il mondo. L'azienda canadese Carbon Engineering spera di fare la differenza estraendo chimicamente questo gas dall'atmosfera. Il dispositivo, inventato dagli specialisti dell'azienda, può aspirare aria e farla passare attraverso una soluzione di idrossido. Di conseguenza, l'anidride carbonica si trasforma in un solido sedimento di carbonio: l'anidride carbonica. E può già essere utilizzato per scopi industriali o semplicemente interrato.
Questa macchina è stata testata l'anno scorso e ha funzionato per 500 ore, estraendo con successo l'anidride carbonica dall'aria. Il prossimo esperimento durerà per diverse migliaia di ore. Gli ingegneri sono interessati a come il dispositivo risponderà alle diverse condizioni meteorologiche.
L'azienda spera di sviluppare un progetto pilota commerciale nel 2013. Ciascuno dei moduli del dispositivo assomiglierà a una gigantesca torre di raffreddamento di una centrale nucleare e sarà in grado di estrarre 1 milione di tonnellate di anidride carbonica dall'atmosfera all'anno. La nostra civiltà produce ogni anno 30 miliardi di tonnellate di questo gas, ovvero ci vorranno 30mila moduli per neutralizzare completamente l'influenza dell'umanità sul clima del pianeta.
Risolvere il problema dei superconduttori
I superconduttori sono il futuro della trasmissione e dell'accumulo di elettricità. Questi materiali hanno una resistenza molto bassa, quasi nulla. Possono essere utilizzati per realizzare cavi e batterie per sistemi di alimentazione. Ma il problema è che tutti i superconduttori attualmente conosciuti sono tali solo a temperature molto basse: inferiori a - 163 ° C. Pertanto, devono essere raffreddati e ben isolati, il che di per sé è molto costoso. È necessario trovare materiali superconduttori a temperature più elevate. E questo è già di competenza della fisica quantistica e delle sue complesse leggi riguardanti il comportamento delle particelle subatomiche. La soluzione al problema va oltre il potere dei computer moderni. Ma gli scienziati del National Institute of Standards and Technology degli Stati Uniti hanno sviluppato uno "stimolatore quantistico" - un sistema informatico cheche aiuterà i ricercatori a pianificare e stimolare le interazioni tra le particelle quantistiche e a leggere semplicemente le informazioni sui risultati di queste interazioni. Pertanto, sarà possibile confrontare i superconduttori noti con altri materiali e cercarne uno adatto tra loro.
Creazione di un modello unificato di tutte le leggi e fenomeni in fisica
Il modello standard di fisica delle particelle è attualmente il miglior sistema per comprendere il comportamento delle particelle subatomiche di materia. Tuttavia, non può spiegare i fenomeni di gravità e l'espansione dell'Universo, che si verificano a velocità crescente. La creazione di un unico modello che coprirà tutti i fenomeni fisici conosciuti in natura rappresenterà un importante passo avanti nella scienza, paragonabile allo sviluppo della teoria quantistica. Sulla base della teoria quantistica, laser, dispositivi microelettronici, orologi ultra precisi ora funzionano, sono stati creati codici indistruttibili, cioè molte cose a cui non si pensava nemmeno fino a quando la teoria non è stata formulata.
Come può la realtà che ci circonda deviare dalle previsioni del modello standard? La risposta apparirà dopo gli esperimenti condotti al Large Hadron Collider, un gigantesco acceleratore di particelle. Lavora con grandi energie. c'è una collisione di particelle - protoni. La collisione di elettroni e positroni sarà più promettente, poiché in questo esperimento è possibile impostare e modificare l'energia di ciascuna collisione e studiare stati finali più semplici. Ma queste particelle non possono essere accelerate in un cerchio, poiché in questo caso daranno la loro energia in tutte le direzioni. Questo fenomeno è noto come radiazione di sincrotrone. La soluzione sta in superficie: è necessario accelerarli in linea retta utilizzando un acceleratore lineare. È proprio una tale struttura che dovrebbe essere eretta nel prossimo futuro. La sua lunghezza sarà di 50 chilometri. Può essere costruito in Giappone,America, Svizzera o Russia.
Morbo di Alzheimer su piastre di Petri
Ci sono attualmente 26 milioni di persone con la malattia di Alzheimer nel mondo. Questo è più della popolazione di tutta l'Australia. Ci sono 800.000 di questi pazienti nel Regno Unito. Si prevede che questi numeri raddoppieranno entro il 2050. La causa della malattia è ancora sconosciuta e non esiste un trattamento efficace. I pazienti possono migliorare solo leggermente la loro qualità di vita. Per studiare la malattia sono necessari campioni del tessuto cerebrale di una persona vivente, ma per ovvie ragioni è impossibile ottenerli. E in questo caso, è inutile sperimentare sugli animali, perché solo le persone sono suscettibili a questa malattia. Pertanto, è difficile sopravvalutare l'importanza del lavoro di due gruppi indipendenti di ricercatori dell'Università di Cambridge e della California. Sono stati in grado di far crescere le cellule cerebrali in laboratorio e osservare lo sviluppo della malattia di Alzheimer proprio sulle piastre di Petri. Riuscito a scoprirloche la malattia inizia con un accumulo graduale di piccole anomalie cellulari. Gli scienziati hanno prelevato cellule della pelle da pazienti nella cui famiglia c'erano pazienti, da cui hanno ricevuto cellule staminali che possono trasformarsi in qualsiasi altra, ad esempio cellule cerebrali. Studiano l'effetto di varie sostanze per trovare mezzi per fermare lo sviluppo della malattia. I ricercatori sperano in un completamento con successo del progetto nei prossimi tre-cinque anni.
Cerca civiltà extraterrestri
Dal 1995, quando fu scoperta la prima stella simile al Sole con i pianeti circostanti - 51 Pegasi e il suo pianeta Bellerophon -, gli astrofisici iniziarono a studiare circa 760 pianeti per l'esistenza di una civiltà su di essi. Si scopre che questi pianeti, che sono all'incirca alla stessa distanza dai loro soli come la Terra dalla loro stella, ricevono molta meno luce e calore da loro.
L'astrofisico e professore all'Università del Colorado Webster Cash ha proposto un dispositivo "star dimmer" - una speciale navicella spaziale in grado di bloccare la luce da una stella, consentendo agli strumenti sensibili del telescopio di studiare qualsiasi pianeta. Ciò consentirà l'esame spettroscopico della luce proveniente da questi pianeti per determinare la loro composizione chimica e la presenza o l'assenza di un'atmosfera. Puoi anche scoprire se c'è vapore acqueo intorno ai pianeti. Il biomarcatore chiave, cioè una sostanza che parla della presenza della vita, è l'ossigeno. Questo è ciò che i ricercatori stanno cercando di trovare.
Sviluppo di nuovi motori per veicoli spaziali
Lanciare un veicolo spaziale nell'orbita terrestre è un compito piuttosto difficile. In questo caso, la velocità del veicolo spaziale deve essere 25 volte la velocità del suono. Ciò richiede una carcassa a più stadi con una grande quantità di carburante a bordo, che, se esplosa accidentalmente, assomiglierà all'esplosione di una piccola bomba nucleare. Oltre a questo pericolo, c'è anche un problema finanziario. Un volo del genere costa decine di migliaia di dollari per chilogrammo di carico nel razzo. Ma questo stato di cose può essere presto cambiato.
La società britannica Reaction Engines ha progettato un veicolo spaziale riutilizzabile senza pilota Skylon, privo degli svantaggi di cui sopra. La chiave del successo di questo progetto è lo sviluppo di un sistema completamente nuovo di motore spaziale SABRE che può funzionare in due modalità: un motore a reazione (turbina a gas) e un motore a razzo.
Il carburante principale è l'idrogeno e l'ossigeno è l'agente ossidante. Durante il decollo e l'atterraggio, l'ossigeno entrerà nel motore direttamente dall'atmosfera. E dopo essere entrati nello spazio, entreranno in gioco i serbatoi interni con l'ossidante. I componenti principali del nuovo motore sono stati ora creati e sono in preparazione per test approfonditi. In caso di successo e implementazione del progetto, il costo del lancio di veicoli spaziali nell'orbita terrestre diminuirà di 15-50 volte. La massa massima del carico utile che Skylon può trasportare nello spazio sarà di 12-15 tonnellate per un'altitudine di 300 chilometri e 9,5-10,5 tonnellate per un'altitudine di 460 chilometri.
Crescere "super grano"
Per nutrire la popolazione della Terra, è necessario un terreno agricolo con un'area delle dimensioni del Sud America. Gli scienziati stanno cercando di trovare modi più efficienti per procurarsi il cibo. Gli esperti del Wheat Yield Consortium ritengono che un modo per affrontare questo problema sia allevare il "super grano", una pianta modificata per produrre più biomassa commestibile. L'obiettivo dello sviluppo è aumentare le rese del 50% in 25 anni. Ma come? Migliorando l'efficienza della fotosintesi. La fotosintesi è un processo nelle piante per la formazione di materia organica da anidride carbonica e acqua alla luce con la partecipazione di pigmenti fotosintetici (clorofilla nelle piante, batterioclorofilla e batteriorodopsina nei batteri). Si prevede di aumentare l'efficienza di questo processo influenzando uno degli enzimi,che è responsabile della prima fase della fotosintesi: la fissazione del carbonio. Qui puoi usare metodi biochimici e genetici. Il progetto è ancora scarsamente finanziato, ma i primi esperimenti sono già iniziati in Messico.
Creazione di centrali nucleari sicure
Nel 1954, la prima centrale nucleare al mondo fu costruita a Obninsk. Da allora l'energia nucleare è stata salutata come una fonte inesauribile di energia per il futuro. Tuttavia, dopo i ben noti eventi di Chernobyl e Fukushima, è diventato chiaro che tali centrali elettriche rappresentano un enorme pericolo. In relazione a questo problema, è in fase di sviluppo un progetto chiamato ITER (ITER), il più grande reattore termonucleare del mondo, che ora viene costruito in Francia grazie agli sforzi congiunti di Unione Europea, India, Cina, Corea del Sud, Russia, Stati Uniti e Giappone. Un reattore termonucleare è molto più sicuro di un reattore nucleare in termini di radiazioni. La quantità di sostanze radioattive utilizzate in esso è relativamente piccola. Anche l'energia che può essere rilasciata a seguito di un incidente è piccola e non può portare alla distruzione del reattore. Il design del reattore è tale che ci sono barriere naturali in esso,prevenire la diffusione di sostanze radioattive. Tuttavia, durante la progettazione di ITER, è stata prestata molta attenzione alla sicurezza dalle radiazioni, sia durante il normale funzionamento che durante possibili incidenti. L'energia in esso contenuta sarà prodotta dalla fusione dei nuclei di deuterio e trizio (isotopi dell'idrogeno con neutroni extra). Questo carburante è sicuro in quanto non c'è reazione a catena quando lo si utilizza. Di conseguenza, non si verifica alcuna contaminazione radioattiva a lungo termine. Inoltre, c'è molto deuterio nell'acqua di mare e il trizio si ottiene facilmente dal litio. L'energia in esso contenuta sarà prodotta dalla fusione dei nuclei di deuterio e trizio (isotopi dell'idrogeno con neutroni extra). Questo carburante è sicuro in quanto non c'è reazione a catena quando lo si utilizza. Di conseguenza, non si verifica alcuna contaminazione radioattiva a lungo termine. Inoltre, c'è molto deuterio nell'acqua di mare e il trizio si ottiene facilmente dal litio. L'energia in esso contenuta sarà prodotta dalla fusione dei nuclei di deuterio e trizio (isotopi dell'idrogeno con neutroni extra). Questo carburante è sicuro in quanto non c'è reazione a catena quando lo si utilizza. Di conseguenza, non si verifica alcuna contaminazione radioattiva a lungo termine. Inoltre, c'è molto deuterio nell'acqua di mare e il trizio si ottiene facilmente dal litio.
Macchine in grado di modificare il DNA
La possibilità di cambiare il DNA umano ha occupato a lungo le menti di scienziati e medici di tutto il mondo. Da quando è diventata nota la dipendenza di varie malattie dalla sequenza del genoma di un organismo vivente, sono stati condotti molti studi genetici, di ingegneria genetica e biochimici per sviluppare metodi di trattamento utilizzando i cambiamenti nel DNA. L'inizio di molte scoperte in biologia è associato ai batteri. Queste sono creature relativamente semplici, in cui sono rappresentati molti processi fondamentali che si verificano nel corpo umano. Già ora, con il loro aiuto, è in corso la sintesi industriale di sostanze medicinali. Affinché i microbi possano servire una persona nel modo di cui ha bisogno, gli scienziati hanno imparato ad apportare modifiche appropriate al loro DNA. Tuttavia, tali esperimenti richiedono molto tempo, impegno e denaro e non sempre hanno successo.
Nel prossimo futuro, la società americana LS9 fornirà alla popolazione carburante, medicine e, forse, anche cibo a buon mercato. Tutto questo sarà prodotto in bioreattori basati su materie prime economiche: vari rifiuti organici, trucioli di legno e così via. Uno dei leader del progetto, George Church, insieme ai suoi colleghi, ha sviluppato un nuovo approccio per ottenere microrganismi con le proprietà richieste. La nuova tecnologia si chiama MAGE (Multiplex-automation genomic engineering), ovvero “ingegneria genomica multi-automatizzata”. Si basa su un nuovo dispositivo che potrebbe benissimo essere chiamato "macchina dell'evoluzione".
Ti consente di apportare 50 modifiche al DNA batterico contemporaneamente, ovvero di controllare 50 varianti in un esperimento. E quando la scelta è così grande, è più facile e veloce trovare ciò di cui hai bisogno. Gli scienziati stanno ora cercando microbi "combustibili" che sintetizzeranno varie miscele di idrocarburi, simili nella composizione al carburante per automobili. La prima struttura sperimentale di questo tipo è stata lanciata lo scorso anno a San Francisco e sta già impiegando batteri-chimici di prima generazione. Dalla canna da zucchero, producono centinaia di litri di biocarburante alla settimana. Questo carburante è cristallino e soddisfa gli standard internazionali.
Gli autori dello sviluppo ritengono che il principio dell'evoluzione accelerata nella macchina consentirà di ottenere tali batteri modificati che sintetizzeranno in enormi quantità nutrienti economici e vari farmaci.
Il dirigente del progetto LS9 Bill Haywood è ottimista: "Guariremo il mondo". Voglio davvero credere che sarà così.
Rivista: Segreti del XX secolo №41. Autore: Irina Bakhlanova
