Новости науки: 10 событий октября

«Жизнь коротка, но слава может быть вечной», — заметил Марк Туллий Цицерон (II–I вв. до н. э.), великий древнеримский оратор, философ и политик. Какие из открытий современных ученых способны претендовать на бессмертие? Узнаем это из октябрьского обзора новостей науки.

Виртуоз баланса

Сборка двигателя — дело ответственное. Особенно много времени и средств требует такой ее этап, как проведение балансировки. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали компьютерную модель, которая поможет сократить затраты на сборочные работы на 25–30%.

Технология позволяет еще до начала сборки спроектировать оптимальное расположение лопастей ротора, чтобы при сборке не допустить дисбаланса и снижения производительности механизма в дальнейшем. Более того, дисбаланс может вызывать повреждение компонентов двигателя из-за повышенной вибрации, вызванной увеличением уровня шума. Поэтому работа пермских ученых весьма актуальна.

«Мы разработали специальное программное обеспечение, которое раскладывает лопасти по группам, в каждой из которых можно корректировать дисбаланс благодаря контролю его величины и направления. Так обеспечивается постоянный мониторинг результатов сборки. Сравнение такого метода с типовым технологическим процессом показало, что остаточный дисбаланс вентилятора снизился в 15 раз», — говорит Владимир Модорский, декан аэрокосмического факультета ПНИПУ, доктор технических наук.

Благодаря компьютерной модели в дополнительной балансировке нет необходимости, ведь еще до начала сборки лопасти ротора авиадвигателя будут расположены оптимальным образом.

Другие горят, а эти потеют

Ученые Тверского государственного технического университета (ТвГТУ) предложили технологию использования отходов производства стекловолокна для создания стеновых панелей, которые способны выдержать восьмичасовое воздействие огня, не выделяя при этом токсические вещества. Напротив, при горении такие панели будут выделять пары воды, помогая тем самым и температуру понизить, и огнестойкость увеличить. Примечательно, что по своей прочности новинка не уступает традиционным панелям.

«Суть проекта — создание стеновых панелей нового поколения на основе гипсового вяжущего с применением стеклофибры (отход производства стекловолокна) с повышенными эксплуатационными свойствами. Применение стеклофибры позволяет улучшить физико-механические, изоляционные свойства и пожарную стойкость материала», — сказал Даниил Бабаев, студент ТвГТУ, разработчик технологии.

Данные панели можно использовать в разных климатических условиях. Так, например, благодаря высокой теплоизоляции они идеально подойдут для холодного климата, удерживая тепло в здании.

Опытные образцы панелей уже прошли испытания, исследователи получили патент на них.

Улетная астрономия

Исследователи Кембриджского университета (Великобритания) сделали вывод, что на Земле могло не оказаться достаточного количества цинка и летучих элементов для возникновения жизни. Больше половины из этих запасов попали на нашу планету с «нерасплавленными» астероидами из разных областей Солнечной системы. Это так называемые планетезимали — строительные блоки каменистых планет, формирующихся в процессе, который называется «аккреция». При аккреции происходит гравитационное притяжение материи из окружающего молодую звезду пространства. Как следствие, увеличивается масса небесного тела. Часть небесных тел подверглась воздействию радиации, в результате тела расплавились и потеряли свои летучие вещества. Но некоторые небесные тела появились после исчезновения радиоактивных источников и смогли сохранить летучие элементы.

«Расстояние между планетой и звездой определяет, может ли на ее поверхности существовать жидкая вода, что важно для зарождения жизни. Проведенные нами расчеты показывают, что «правильное» положение планеты не является гарантией того, что на ее поверхности будут присутствовать все необходимые для ее появления летучие вещества, в том числе и сама вода», — сказала Рейсса Мартинс, научный сотрудник Кембриджского университета, ведущий автор исследования.

Мартинс и ее коллеги изучили большое количество метеоритов, происходящих из разных планетезималей. Эти метеориты когда-то упали на Землю на территории Антарктиды, Африки, Австралии. Исследователи замерили доли пяти разновидностей атомов цинка (цинк-64, цинк-66, цинк-67, цинк-68, цинк-70) в земных горных породах и в образцах метеоритов. С помощью моделирования процесса аккреции Земли, занявшего десятки миллионов лет, ученые и пришли к заключению, что нерасплавленные материалы стали существенным источником летучих веществ для Земли.

И здоровье будет колоситься

Специалисты Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ФИЦ ИЦиГ СО РАН), Научно-исследовательского института нейронаук и медицины и Федерального исследовательского центра «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н. И. Вавилова» полагают, что зерновая диета имеет противоопухолевый эффект. Кроме того, благодаря ей снижается метастазирование опухоли.

Ученые считают, что, если есть больше овощей и фруктов, можно избежать трети смертей от злокачественных новообразований. Особо пристальное внимание специалисты советуют обратить на антоцианы — пигменты, принадлежащие к классу биофлавоноидов. Их источником являются темноокрашенные фрукты, овощи и ягоды, ведь сами антоцианы имеют синий или фиолетовый цвет. Но в последние годы на первый план выходят другие источники этих пигментов — зерновые культуры, поскольку они дольше хранятся и их доступность выше. Оболочка зерен пшеницы обрела фиолетовый цвет благодаря селективной работе специалистов ФИЦ ИЦиГ СО РАН.

В рамках эксперимента, который длился 4,5 месяца, подопытных мышей поделили на четыре группы. Контрольную группу кормили обычным гранулированным кормом и ничего не вводили (трем другим трансплантировали опухолевые клетки), второй группе тоже давали корм, а две другие группы ели зерна пшеницы, причем в одной из групп зерна были обогащены антоцианами.

«В группе, где мыши питались зерном с антоцианами, наблюдались другие изменения: подавлялись интерлейкин 6 и LIF наряду с повышением IP-10. Эти цитокины связаны с миграцией, пролиферацией эпителиальных и малигнизированных (злокачественных) клеток, а также с опухолевым ангиогенезом и активацией клеточного противоопухолевого иммунного ответа. Кроме того, у мышей на диете с антоцианами в ткани опухоли была снижена экспрессия гена аргиназы 1 (мРНК Arg1). Это маркер макрофагов, они могут способствовать метастазированию. Вероятно, антоцианы действуют через иммунные контрольные точки (чекпоинты), регуляторы иммунного ответа. Также у этих животных усилилась аутофагия — процесс, при котором клетки очищаются от поврежденных частей и белков», — рассказала Мария Тихонова, заведующая лабораторией нейробиологических механизмов нейродегенеративных процессов НИИНМ, доктор биологических наук.

Зачем квакать, если можно свистнуть?

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Мигелем Венсесом из Брауншвейгского технического университета (Германия), обнаружила семь новых видов древесных лягушек рода Boophis на севере острова Мадагаскар. Их отличительной особенностью явился высокочастотный свист.

«Если бы эти лягушки квакали, а не свистели, то шум горных рек заглушал бы их призывы. При этом они очень похожи внешне на других лягушек-мантелл, из-за чего их существование ранее оставалось незамеченным. Мы обнаружили, что каждый вид этих земноводных издает уникальный набор свистов, что позволило нам разделить их представителей», — заявил Йерн Келлер, куратор Музея зоологии позвоночных в Дармштадте (Германия).

Свист земноводных напомнил ученым звуковые эффекты гаджетов и оружия из сериала Star Trek. «Вот почему мы назвали лягушек в честь Кирка, Пикарда, Сиско, Джейнвей, Арчера, Бернема и Пайка — семи самых знаковых капитанов научно-фантастического сериала», — говорит профессор Венсес.

Что касается внешних признаков, то представители всех семи видов лягушек маленькие, буроватого цвета, иногда с красными или оранжевыми пятнами. Но анализ свиста позволяет легко различить их на слух: ноты, частоты, продолжительность и другие параметры «пения» отличаются.

Дело людоедов: новые детали

Коллектив американских исследователей под руководством профессора Джулиана Петерханса из Университета Рузвельта (США) уже не первое десятилетие изучает историю «львов-людоедов из Цаво (район реки Цаво в Кении)». В этот раз они решили выяснить: почему эта парочка львов, несмотря на то, что обычно дикие звери без острой необходимости избегают контактов с людьми, в 1898 году убила, по одним данным, несколько десятков, а по другим данным, даже более сотни рабочих, занятых на строительстве Угандийской железной дороги?

Черепа «людоедов» до сих пор хранятся в Филдовском музее естественной истории в Чикаго. Генетики изъяли обрывки молекул ДНК из обнаруженных образцов волос и шерсти жертв этих хищников — людей и животных. Это позволило реконструировать митохондриальные геномы погибших. Анализ подтвердил, что львы загрызли как минимум одного человека, а также антилопу гну, хотя они в этом регионе Кении не встречаются, и африканского буйвола, который и должен был быть основной львиной добычей в Восточной Африке.

«Митохондриальная ДНК из шерсти жирафов, обнаруженной в зубах этих львов, очень близка по своей структуре к южнокенийским популяциям этих животных. Вкупе с обнаружением обрывков ДНК антилоп гну это говорит о том, что львы из Цаво мигрировали в поисках пищи или по другим причинам на значительно большие расстояния, чем раньше считалось возможным», — отмечает Алида Де Фламинг, научный сотрудник Университета штата Иллинойс (США).

Яблоко против коррозии

Ученые Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта с коллегами из Восточно-Казахстанского технического университета имени Д. Серикбаева знают, как уберечь трубопроводы и другое оборудование, контактирующее с нефтью, от преждевременного разрушения. В открытии им помогли яблоки, а вернее, пектин. Раствор яблочного пектина — клетчатки, которая в природе делает плод твердым, — в данном случае выступает в качестве стабилизатора.

Специалисты синтезировали биметаллические (состоящие из двух металлов) микрочастицы на основе меди и серебра, стабилизировав их яблочным пектином. Биметаллические частицы прекрасно связывают серосодержащие органические соединения, такие как тиолы и тиоэфиры, входящие в состав нефти и вызывающие коррозию металлов. Изобретение ученых поможет защитить металлы от коррозии: раствор из микрочастиц наносится на поверхность металлов, которые регулярно вступают в контакт с нефтью, медь с серебром начинают работать, «притягивая» к себе серосодержащие вещества.

«Наши эксперименты показали, что предложенные биметаллические микрочастицы могут служить экологически чистым способом защиты металлов от коррозии. В дальнейшем мы планируем провести эксперименты в реальных условиях: нанести слой микрочастиц на поверхность корпуса трубопровода и воспроизвести условия транспортировки нефти по нему. Мы предполагаем, что долговечность таких покрытий будет соизмерима со сроком эксплуатации самих транспортирующих труб. Но пока это только теория, которая требует дальнейшего подтверждения», — отметила Елена Ван, кандидат технических наук, доцент образовательно-научного кластера «Институт медицины и наук о жизни» БФУ имени Иммануила Канта.

Завидуй, хамелеон!

Ученые Столичного университета Осаки (Япония) создали органический краситель, способный менять цвет в зависимости от света и тепла. «Результаты наших экспериментов позволят создать новые материалы и молекулы, чью структуру можно будет обратимым образом менять не только при помощи света, но и при помощи тепла. Это открывает дорогу для создания новых функциональных материалов», — говорит Даити Китагава, научный сотрудник Столичного университета Осаки.

Такой краситель прекрасно подойдет для нанесения самостирающихся надписей, защитных меток и символов, которые будут появляться или исчезать при изменяющихся условиях окружающей среды. Открытие красителя, чувствительного как к свету, так и к теплу, знаменует собой значительный шаг вперед, предлагая новый уровень контроля и универсальности.

Исследователи проводили опыты с аза-диарилэтенами — ароматическими органическими соединениями, структура которых напоминает олимпийские кольца. Так вот, структура этих колец может меняться при взаимодействии со светом и при воздействии тепла. Ученые решили, что данная способность может быть использована в производстве термохромных красителей и материалов.

Новый краситель способен произвести революцию в таких областях, как 3D-печать, где точный контроль свойств материала имеет решающее значение. Изобретение японских ученых также может привести к появлению новых форм перезаписываемого хранения данных, которые превзойдут ограничения современных технологий, таких как CD-RW. В области биомедицины новый краситель имеет перспективы использования для разработки новых систем доставки лекарств или светоактивируемых терапий.

Синий, синий иней не лег на провода

Инженеры Северо-Западного университета (США) разработали новую стратегию, которая предотвращает образование инея. С ее помощью можно защитить провода и элементы инфраструктуры ото льда. Ученые выяснили, что изменение текстуры любой поверхности и добавление тонкого слоя оксида графена на 100% предотвращает образование инея в течение как минимум одной недели.

«Оксид графена вбирает в себя пары воды и мешает ее молекулам покинуть его толщу, в результате чего он превращается в своеобразный «контейнер», который не позволяет пару превратиться в лед. При нанесении на особо структурированную поверхность оксид графена превращается в покрытие, способное предотвращать появление ледовой корки на протяжении очень долгого времени», — пояснил Кеннет Парк, доцент Северо-Западного университета.

В новой работе ученые использовали данные, полученные в 2020 году. Тогда они выяснили, почему на выпуклых участках листа растения образуется больше инея, а на вогнутых — меньше. Оказалось, что это контролируется геометрией. Благодаря экспериментам и вычислительному моделированию Парк с коллегами пришел к выводу, что конденсация усиливается на вершине бороздки и подавляется в глубине волнистых поверхностей. Небольшое количество конденсированной воды в «низинах» затем испаряется, в результате чего образуется область, свободная от инея.

Ученые решили не только воспроизвести нечто подобное, но и улучшить эту особенность листьев. Сначала они создали аналоги прожилок, а впадины между ними заполнили оксидом графена. Покрытие с задачей справилось, полностью защитив поверхность от формирования изморози, инея и других форм льда. Современные покрытия справляются с этой задачей значительно хуже: они работают не дольше пяти часов, да и предотвращают формирование льда лишь на 5-36%. К тому же эти покрытия не слишком устойчивы к царапинам и загрязнениям. Новый же материал легко с этим справляется.

Открытие весьма своевременное. Иней на крыльях самолета может создавать сопротивление, увеличивая опасность полетов. Скапливаясь внутри морозильников и холодильников, иней снижает энергоэффективность приборов. Он может слишком сильно нагружать линии электропередач, что приводит к поломкам и в конечном итоге — к отключению электроэнергии. «Разработка новых методов защиты от обледенения имеет решающее значение для предотвращения дорогостоящих механических сбоев, неэффективности использования энергии и угроз безопасности для критически важных операций. Новые идеи помогут проектировать линии электропередач и крылья самолетов с уменьшенным налипанием льда. Это значительно сократит расходы на техническое обслуживание», — подчеркнул Кеннет Парк.

Робот чувствует все

Благодаря разработке ученых Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева (Университет Решетнева) будет расширена сфера применения роботов. Исследователи создали гибкие сенсоры с функцией осязания. Разработку назвали ReshUSensor, по имени Университета Решетнева.

Роботы обретут тактильные функции, что пригодится в работе с хрупкими деталями и деталями сложной формы. Роботы смогут подбирать оптимальную силу сжатия или схвата при работе с объектами, у которых меняется центр тяжести, — например, у сосудов с жидкостью. Такая способность поможет эффективно роботизировать многие процессы и избежать ошибок.

«Представьте, что робототехнические устройства смогут не только считывать контактное взаимодействие, но и передавать их. Это позволит расширить практические возможности роботов во многих областях науки и техники. Например, в области медицины уже существуют роботы, позволяющие хирургам осуществлять операции, находясь на значительном удалении от пациента. В этом случае реализация тактильной обратной связи позволит повысить безопасность проводимой операции, снижая вероятность повреждения тканей», — рассказывает Таисия Шалыгина, руководитель направления по интеллектуальным материалам и структурам университета.