Новости науки: 10 событий ноября

«Задачей науки должно быть познание того, что должно быть, а не того, что есть», — говорил Лев Толстой, великий русский писатель и мыслитель. Давайте попробуем посмотреть на настоящее и заглянуть в будущее с точки зрения важных новостей науки минувшего ноября.

Кондиционеры в большой тревоге

Ученые из США и Южной Кореи разработали покрытие, благодаря которому может отпасть необходимость в кондиционерах. Да-да! Новое композитное покрытие блокирует солнечный ультрафиолетовый и ближний инфракрасный свет, излучая тепло вовне. Все это не дает помещению нагреться. При этом покрытие не затемняет окна и не препятствует обзору.

Создатели нового материала использовали диоксид кремния, нитрид кремния, оксид алюминия, диоксид титана. Эти составы наносили на стеклянную основу, покрытую пленкой полидиметилсилоксана. Надо заметить, что достичь высокой степени прозрачности покрытия и высокой же степени охлаждения помещения было непросто. Чтобы получить оптимальный порядок и комбинацию слоев, специалисты задействовали машинное обучение и квантовые вычисления. В результате получили разнообразные модели и выбрали из них наиболее подходящую.

Чудо-стекло, по словам ученых, поможет снизить потребность в охлаждении на 31,1%, если сравнивать его с обычными окнами в жарких и засушливых городах: в исследовании речь шла, в частности, о городе Финикс (Аризона, США). Кстати, использовать пленку можно будет не только в зданиях, но и в транспортных средствах. Это снизит потребление энергии и ископаемого топлива, что внесет значительный вклад в решение проблем, связанных с изменением климата.

Да будет тьма!

В больших городах по ночам очень много света, проникающего через окна в квартиры: это и витрины магазинов, и фонари, и фары проезжающих автомобилей. Доктор Ю Сюй с коллегами из Шанхайского института эндокринных и метаболических заболеваний (Китай) захотел понять, как этот свет влияет на людей средних лет, живущих в мегаполисах, а также небольших городах и поселках. «Несмотря на то что более 80% населения мира подвергается воздействию светового загрязнения в ночное время, эта проблема до недавнего времени привлекала ограниченное внимание ученых», — отмечают исследователи.

Ученые проанализировали данные китайского исследования по наблюдению за неинфекционными заболеваниями. Участники исследования в 2010 году сдали тесты крови, что позволило оценить состояние их здоровья. Специалисты Шанхайского института эндокринных и метаболических заболеваний работали с данными 98 658 человек из 162 регионов. Средний возраст участников исследования составлял 42,7 года, около половины из них были женщинами. Людей разделили на пять групп: от тех, кто подвергался наибольшему воздействию искусственного света, до тех, у кого он был самым низким.

Выяснилось, что в группе, наиболее подверженной световому загрязнению, заболеваемость диабетом была на 28% выше, чем в группе, которая спала практически во тьме. У людей, проживающих в районах с мощным искусственным освещением по ночам, оказался выше уровень глюкозы в крови. Также у них наблюдались резистентность к инсулину и сниженная функция бета-клеток поджелудочной железы, которые производят инсулин, понижающий уровень глюкозы в крови.

Исследователи подсчитали, что более 9 миллионов случаев диабета у взрослых китайцев в возрасте старше 18 лет могут быть связаны с воздействием ночного освещения! Ожидается, что эта цифра будет расти с ускорением урбанизации и ростом числа людей, мигрирующих из сельской местности Китая в города.

Предвидеть и не сломаться

Ученые Волгоградского государственного технического университета выяснили, как можно предсказать поломку оборудования для производства энергии, используемого при организации автономного, аварийного или резервного электроснабжения. Понятно, что надежность этого генерирующего оборудования — вопрос крайне важный, ведь от его бесперебойной работы зависят электро- и теплоснабжение жителей того или иного города и предприятий. Профилактическое техническое обслуживание на таких объектах проводится регулярно, но даже в этом случае оборудование иногда внезапно отказывает.

«Техническое обслуживание, ориентированное на обеспечение безотказности, является общемировым трендом. Основная идея такого подхода — определение оптимального набора операций технического обслуживания и частоты их применения с учетом вероятностей и последствий отказов оборудования», — объясняет Максим Щербаков, заведующий кафедрой систем автоматизированного проектирования и поискового конструирования.

Ученые предложили модель оценки остаточного ресурса работы генерирующего оборудования, в основе которой лежит комбинация математических моделей, известных как глубокие нейронные сети (инструмент искусственного интеллекта). Точность прогнозирования при использовании этой технологии повысилась в 1,5 раза.

Останавливаться специалисты не планируют, стремясь создать технологию, которая позволит еще и предлагать решения по продлению ресурса использования генерирующего оборудования, а не только прогнозировать его.

«Белогривые лошадки» под наблюдением

Ученые Московского государственного университета геодезии и картографии создали программное обеспечение для автоматизированной классификации облаков, на основе полученных с Земли изображений. До сих пор столь точного классификатора не существовало. «В одних наборах данных облака были рассортированы только по ярусам, в других — присутствовали не все формы облачности. Но наибольшие сложности вызывает то обстоятельство, что каждое изображение представляет собой фотографию одного конкретного облака. На небе обычно скапливаются облака разных форм, и часто — на нескольких ярусах», — поясняет Юлия Белышева, заместитель заведующего лабораторией мониторинговых систем МИИГАиК.

Поэтому специалистам потребовалось разработать собственную методику съемки неба. В результате получили более 87 000 изображений. К концу года их количество планируется увеличить до 100 000. При этом ученых интересует не только форма облаков, но и атмосферные явления, их суточность и сезонность.

Знание об облаках, пролетающих над нами, поможет повысить достоверность прогноза погоды, эффективность сельскохозяйственных работ, безопасность людей: ведь облака могут «рассказать» о грядущем урагане, ледяном дожде или аномальной жаре. И автоматизированное наблюдение за этими «белогривыми лошадками» расскажет о глобальных изменениях климата.

Клубника первой свежести

Ученые Северо-Кавказского федерального университета разработали упаковку для продуктов, которая не даст размножаться грибкам и бактериям, а также увеличит сроки хранения содержимого упаковки. Специалисты представили новый метод синтеза стабилизированных частиц оксида меди, сделав их использование возможным в пищевой промышленности.

«Важным аспектом в создании пищевых упаковок с нанокомпозициями является стабилизация наночастиц. От метода синтеза зависит бактерицидное действие и возможность миграции наночастиц в продукт. При высокой стабильности миграция будет минимизирована, что гарантирует отсутствие токсичности упаковочного материала», — объясняет Андрей Нагдалян, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пищевой и промышленной биотехнологии СКФУ.

В рамках эксперимента исследователи создали нанопленку на основе стандартной метилцеллюлозной пищевой упаковки. Пленкой укрыли образцы томатов, клубники и сыра. В итоге, клубника и томаты даже через семь дней сохранили свою свежесть и целостность. Дело в том, что новая упаковка угнетает процесс размножения бактерий и грибков, которые и портят продукты. В сыре же были обнаружены мигрирующие наночастицы вещества, но в крайне малой концентрации. При этом при хранении в холодильнике медь мигрировала значительно меньше. Теперь ученые планируют заняться полным исключением миграции, что поставит крест на потенциальной токсичности пленки.

Вам море с газом?

Специалисты Института Альфреда Вегенера (Германия) совместно с коллегами из Арктического и антарктического научно-исследовательского института в Санкт-Петербурге выяснили, что Баренцево и Карское моря ежегодно изымают из атмосферы свыше 13,6 млн тонн углекислого газа (CO2).

«Наши наблюдения показали, что каждый день на дне этих морей оказывается свыше двух тысяч тонн углеродного эквивалента, что соответствует 8,5 тысячи тонн атмосферного углекислого газа. За год этот «углеродный конвейер» поглощает свыше 13,6 млн тонн CO2, что сопоставимо с ежегодными выбросами парниковых газов в Исландии», — отметил Андреас Рогге, научный сотрудник Института Альфреда Вегенера.

Ученые уверены, что океаны тормозят глобальное потепление, поглощая около 90% тепла и треть — углекислоты. Но эти цифры одновременно и пугают: ведь подобное поглощение может вызвать серьезные перестройки в экосистемах морей.

В тесном паучьем коллективе

Мы привыкли думать о пауках как о животных-одиночках, сидящих в углу, плетущих свою паутину и убивающих пойманных насекомых. Но ученые из Австралийского национального университета (АНУ) обнаружили, что некоторые виды пауков стали более социальными. В частности, такими качествами обладают австралийские пауки-охотники. Но и другие паучьи виды тоже становятся все более «общительными».

«В значительной степени социальное поведение пауков заключается в том, что они собираются вместе, едят в одном месте, делятся едой. Также для них характерно наличие определенной степени родства: это схоже с тем, как люди общаются более тесно с членами семьи, нежели с незнакомцами», — объяснил Александр Михеев, профессор Исследовательской школы биологии АНУ.

Чтобы поддерживать социальную жизнь, пауку нужен довольно большой мозг. И у «пауков-общественников» он действительно такой. Если быть точнее, не мозг, а широко распределенная по всему телу нервная ткань — нервная система у социализировавшихся пауков оказалась более развитой, чем у видов-одиночек. К росту числа нейронов привели генетические изменения, позволившие стать более социальными. Также у «общественников» были обнаружены изменения в генах, контролирующих поведение, построение нейронов и метаболизм.

Цифровая загробная жизнь

Ученые из Массачусетского технологического института (США) занялись созданием цифровых двойников. К участию в эксперименте они привлекли 25 добровольцев, включая как неизлечимо больных людей, так и высококвалифицированных специалистов, стремящихся поделиться своими знаниями и опытом с грядущими поколениями. Задача заключалась в том, чтобы научить искусственный интеллект думать и говорить, как эти люди. Для этого пригодились публикации участников эксперимента в социальных сетях. Конечно, пока это лишь первые шаги, ведь одной лишь информации со страничек пользователей мало для полного копирования личности.

«Возможности искусственного интеллекта далеки от того, чтобы воспроизвести нашу интуицию, мысли, поведение и эмпатию. Однако они уже достигли уровня, позволяющего сохранить небольшую часть нашего эмоционального наследия», — отмечает Хоссейн Рахнама, ведущий исследователь института.

Правда, возникает масса юридических и этических вопросов по поводу «существования» человека после смерти в цифровом виде. А еще исследователи думают над формой воплощения двойника: чат-бот, аватар или нечто новое. Но добровольцев, которые хотели бы сохранить себя в цифре, с каждым днем все больше: узнав об эксперименте, они пишут в Массачусетский технологический институт с просьбой обеспечить посмертное цифровое существование.

«Мы считаем, что, сохранив нашу цифровую идентичность, мы можем внести значительный вклад в глобальный опыт и создать новую форму коллективного разума поколений», — подытожили специалисты.

В последний путь во всеоружии

Археологи Сибирского федерального университета в 2018 году обнаружили на территории Шинного кладбища в Красноярске курган, а в 2022-м завершили его раскопки, обнаружив там предметы ритуального и бытового назначения позднего периода Тагарской культуры (III–I века до н. э.). Находки позволили понять, какие погребальные обряды были в чести у древних людей этой цивилизации.

В случае с захоронениями умерших представители Тагарской культуры первым делом выкапывали яму размером 8 х 5 метров и глубиной два метра. На дно укладывали бревенчатый сруб, возводили накат. В склепе, принадлежавшем одному роду, размещали умерших с посмертными «дарами»: кинжалами, боевыми топорами, миниатюрными ножами и подобием древних зеркал.

«Когда склеп заполнялся полностью, он поджигался. Тела укладывались очень плотно, очевидно, пространство экономили. До нас дошел прокаленный красный грунт с фрагментами человеческих костей, которые огонь пощадил, однако самые нижние слои практически не пострадали от пламени», — описал процесс Павел Мандрыка, заведующий лабораторией археологии Енисейской Сибири СФУ.

Формула омоложения

Ученые из Тюменского медицинского университета вместе со специалистами Тюменского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук доказали пользу закаливания. К участию в эксперименте они привлекли мужчин и женщин в возрасте 36–60 лет и разделили их на группы. Первая группа занималась только закаливанием, вторая — сочетала его с другой физической нагрузкой.

Закаливанием занимались два-три раза в неделю по 30–90 минут: несколько циклов разогрева, купания в воде и баня. Ученые оценили основные физические параметры тела добровольцев (рост, вес, объемы и другое), состояние сердечно-сосудистой системы, провели биоимпедансный анализ, позволяющий узнать состав тела человека с помощью измерения электрического сопротивления различных участков тела.

Подсчитали также биологический возраст участников эксперимента. Выяснилось, что в обеих группах календарный возраст значительно опережал биологический. Физиологическое состояние организма у испытуемых оказалось лучше среднего для их возраста. У женщин разница между календарным и биологическим возрастом составила примерно 10–11 лет, причем было неважно, занималась ли участница эксперимента только закаливанием или сочетала его с другими видами физической культуры. У мужчин же формула «закаливание + спорт» показала разницу в 9 лет между календарным и биологическим возрастом, а у моржей, которые не занимались спортом в рамках эксперимента, этот показатель и вовсе составил 18 лет. Исследования продолжаются.

«Конечно, существует множество способов увеличения «коридора» адаптационных возможностей организма и повышения его устойчивости к разнообразным воздействующим факторам внешней среды. Но важно, что холодовые виды закаливания экономичны по времени и финансам, доступны каждому и могут сочетаться с любыми другими видами спорта, оздоровительными и профилактическими мероприятиями», — подчеркивает Светлана Соловьева, профессор ТМУ.