Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Roboty chodzą po wodzie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Kamienie nerkowe to jedna z najbardziej rozpowszechnionych chorób układu moczowego. Cierpi na nie około 12% populacji. Obecnie usuwa się je za pomocą leków lub podczas zabiegów chirurgicznych. Jednak metody te są bardzo uciążliwe dla osób, które nie tolerują leków, albo też mają problem z wciąż nawracającymi kamieniami. Międzynarodowy zespół z Kanady, Hiszpanii i Niemiec pracuje nad niewielkimi robotami, których celem będzie rozpuszczanie kamieni nerkowych.
Nowa minimalnie inwazyjna technika została już z powodzeniem przetestowana na wydrukowanym trójwymiarowym modelu nerki. Roboty mają trafić w pobliże kamienia i rozpuścić go do tego stopnia, że w ciągu kilku dni samodzielnie opuści układ moczowy.
Testowane roboty mają około 1 centymetra długości, są wykonane z hydrożelu i zawierają mikromagnesy. Po wprowadzeniu do cewki moczowej, robotami można sterować za pomocą pola magnetycznego i umieścić je w pobliżu kamienia. Roboty zostały wyposażone w ureazę. To enzym, który odpowiada za rozkład mocznika na amoniak i dwutlenek węgla. Ureaza uwalnia się z hydrożelu i zwiększa zasadowość moczu, dzięki czemu znakomicie przyspiesza rozpuszczanie kamieni moczanowych i cystynowych, które w ciągu kilku dni opuszczają organizm. Dodatkową zaletą tej techniki jest fakt, że dzięki magnesom roboty są dobrze widoczne na USG, zatem przebieg leczenia można łatwo kontrolować. Roboty mają wymiary 1x1x12 mm, więc bez problemu powinny zmieścić się w każdym zakamarku układu moczowego i dotrzeć wszędzie tam, gdzie będą potrzebne.
Nie od dzisiaj wiadomo, że proces rozpuszczania kamieni nerkowych znacząco przyspiesza przy pH > 6, a ideałem jest osiągnięcie pH 7,0–7,2. Leki stosowane w leczeniu kamieni nerkowych mają za zadanie zwiększyć alkaliczność moczu. Jest to jednak proces długotrwały, a leki muszą być ciągle przyjmowane. Autorzy badań, wykorzystując swoje roboty, zwiększyli zasadowość sztucznego moczu z pH 6 do pH 7 w ciągu zaledwie godziny, a pH 9 osiągnęli w ciągu 24 godzin.
Oczywiście nie ma potrzeby, a nawet nie powinno się, zmieniać odczynu moczu na aż tak bardzo zasadowy. Nadmierna alkalizacja, pH > 7,5, sprzyja bowiem powstawaniu kamieni fosforanowych i struwitowych. Potwierdziły to zresztą badania. Najlepsze wyniki w redukcji masy kamienia – o 30% w ciągu 5 dni – osiągnięto przy pH 7.
Z wynikami badań można zapoznać się na stronie Advanced Healthcare Materials.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Roboty przeszły długą drogę. Od maszyn wykonujących serię z góry zaprogramowanych ruchów, po urządzenia uczące się, analizujące środowisko i samodzielnie podejmujące decyzje. O ile więc potrafią rozwijać swoją część logiczną, to element fizyczny pozostaje niezmienny. Robot to zamknięty system. Nie jest zdolny do naprawy czy dostosowania się do środowiska. Tymczasem prawdziwa autonomia robotów oznacza, że muszą one nie tylko samodzielnie myśleć, ale być w stanie podtrzymać swoje istnienie, mówi Philippe Martin Wyder. Tak jak systemy biologiczne pobierają zasoby ze środowiska i włączają je w swoje organizmy, nasze roboty rosną, dostosowują się i reperują korzystając z zasobów otoczenia lub części innych robotów, dodaje uczony.
Wyder stoi na czele grupy naukowców z Columbia University, która opublikowała na łamach Science Advances artykuł pod znamiennym tytułem Robot metabolism: Toward machines that can grow by consuming other machines.
Naukowcy stworzyli, inspirowany zabawką Geomag, robotyczne wyposażone w magnesy urządzenie o nazwie Truss Link. Truss Link może rozszerzać się, kurczyć i łączyć z innymi identycznymi modułami, tworząc coraz bardziej skomplikowane struktury. Badacze pokazali, w jaki sposób Truss Link samodzielnie buduje kształt dwuwymiarowy, następnie trójwymiary. A widoczny na filmie czworościan udoskonalił się, dołączając kolejny element, dzięki któremu zwiększył prędkość swojego przemieszczania się o ponad 66,5%.
To oczywiście początek badań i prezentacja pewnej koncepcji, wyznacza jednak kolejny kierunek rozwoju robotów. Naukowcy z Columbia University uważają, że w przyszłości roboty będą posiadały umiejętność podtrzymywania swojego istnienia poprzez samodzielne naprawy za pomocą zasobów otoczenia, będą mogły rozbudowywać się czy zmieniać w zależności od potrzeb. Uczeni nazwali te proces „metabolizmem robotów”.
Metabolizm robotów do cyfrowy interfejs ze światem fizycznym, który pozwala sztucznej inteligencji nie tylko rozwijać się pod względem poznawczym, ale również fizycznym. To nowy wymiar autonomii. Początkowo systemy zdolne do takiego metabolizmu będą wykorzystywane w wyspecjalizowanych zadaniach, jak eksploracja kosmosu czy usuwanie skutków katastrof. W końcu jednak o otwiera to perspektywę świata, w którym sztuczna inteligencja buduje fizyczne struktury lub tworzy roboty równie łatwo, jak dzisiaj pisze maila, wyjaśnia Wyder.
Współautor badań, Hod Lipson, zauważa, że wizja samoreplikujących się lub przebudowujących robotów wygląda jak scenariusz z filmu science fiction. Jednak faktem jest, że już teraz powierzamy robotom coraz większą część naszego życia – od autonomicznych pojazdów, poprzez automatyczne fabryki po zadania z zakresu obronności czy eksploracji kosmosu. Kto będzie konserwował i naprawiał te roboty? Nie możemy polegać wyłącznie na ludziach. Roboty muszą w końcu nauczyć się dbać same o siebie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy zaobserwowano, w czasie rzeczywistym i skali molekularnej, jak powstaje woda. Naukowcy z Northwestern University zarejestrowali łączenie się atomów wodoru i tlenu. Obserwacji dokonano w ramach badań, w czasie których uczeni chcieli zrozumieć działanie palladu jako katalizatora reakcji prowadzącej do powstawania wody.
Uzyskanie wody za mocą palladu nie wymaga ekstremalnych warunków, zatem może być wykorzystane w praktyce do pozyskania wody tam, gdzie jest trudno dostępna. Na przykład na innych planetach. Przypomnijmy sobie Marka Watneya, granego przez Matta Damona w „Marsjaninie”. Spalał paliwo rakietowe, by uzyskać wodór, a następnie dodawał do niego tlen. Nasz proces jest bardzo podobny, ale nie potrzebujemy ognia i innych ekstremalnych warunków. Po prostu zmieszaliśmy pallad i gazy, mówi jeden z autorów badań, profesor Vinayak Dravid.
O tym, że pallad może być katalizatorem do generowania wody, wiadomo od ponad 100 lat. To znane zjawisko, ale nigdy go w pełni nie rozumieliśmy, wyjaśnia doktorant Yukun Liu, główny autor badań. Młody uczony dodaje, że do zrozumienia tego procesu konieczne było połączenie analizy struktury w skali atomowej oraz bezpośredniej wizualizacji. Wizualizowanie całego procesu było zaś niemożliwe.
Jednak w styczniu 2024 roku na łamach Science Advances profesor Dravid opisał nowatorką metodę analizowania molekuł gazu w czasie rzeczywistym. Uczony wraz z zespołem stworzyli ultracienką membranę ze szkła, która więzi molekuły gazu w reaktorach o strukturze plastra miodu. Uwięzione atomy można obserwować za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego w próżni wysokiej.
Za pomocą nowej metody uczeni zaobserwowali, jak atomy wodoru wnikają do próbki palladu, rozszerzając jej sieć atomową. Po chwili – ku zaskoczeniu uczonych – na powierzchni palladu pojawiły się krople wody. Myślę, że to najmniejsze kiedykolwiek zaobserwowane krople. Tego się nie spodziewaliśmy. Na szczęście nagraliśmy to i możemy udowodnić, że nie oszaleliśmy, cieszy się Liu.
Po potwierdzeniu, że pojawiła się woda, naukowcy zaczęli szukać sposobu na przyspieszenie reakcji. Zauważyli, że najszybciej zachodzi ona, gdy najpierw doda się wodór, później tlen. Atomy wodoru wciskają się między atomy palladu, rozszerzając próbkę. Gdy do całości zostaje dodany tlen, wodór opuszcza pallad, by połączyć się z tlenem, a próbka kurczy się do wcześniejszych rozmiarów.
Badania prowadzone były w nanoskali, ale wykorzystanie większych kawałków palladu pozwoliłoby na uzyskanie większej ilości wody. Autorzy badań wyobrażają sobie, że w przyszłości astronauci mogliby zabierać ze sobą pallad wypełniony wodorem. Gdy będą potrzebowali wody, dodadzą tlen. Pallad jest drogi, ale nasza metoda go nie zużywa. Jedyne, co jest tutaj zużywane, to gaz. A wodór to najpowszechniej występujący gaz we wszechświecie. Po reakcji pallad można wykorzystywać ponownie, mówi Liu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ponad połowa największych jezior na świecie traci wodę, wynika z badań przeprowadzonych przez międzynarodowy zespół naukowy z USA, Francji i Arabii Saudyjskiej. Przyczynami tego stanu rzeczy są głównie globalne ocieplenie oraz niezrównoważona konsumpcja przez człowieka. Jednak, jak zauważają autorzy badań, dzięki opracowanej przez nich nowej metodzie szacunku zasobów wody, trendów oraz przyczyn jej ubywania, można dostarczyć osobom odpowiedzialnym za zarządzanie informacji, pozwalającymi na lepszą ochronę krytycznych źródeł wody.
Przeprowadziliśmy pierwsze wszechstronne badania trendów oraz przyczyn zmian ilości wody w światowych jeziorach, wykorzystując w tym celu satelity oraz modele obliczeniowe, mówi główny autor badań, Fangfang Yao z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Boulder (CU Boulder). Mamy dość dobre informacje o słynnych jeziorach, jak Morze Kaspijskie, Jezioro Aralskie czy Salton Sea, jeśli jednak chcemy dokonać szacunków w skali globalnej, potrzebujemy wiarygodnych informacji o poziomie wód i objętości jeziora. Dzięki tej nowej metodzie możemy szerzej spojrzeć na zmiany poziomu wód jezior w skali całej planety, dodaje profesor Balaji Rajagopalan z CU Boulder.
Naukowcy wykorzystali 250 000 fotografii jezior wykonanych przez satelity w latach 1992–2020. Na ich podstawie obliczyli powierzchnię 1972 największych jezior na Ziemi. Użyli też długoterminowych danych z pomiarów poziomu wód z dziewięciu satelitów. W przypadku tych jezior, co do których brak było danych długoterminowych, wykorzystano pomiary wykorzystane za pomocą bardziej nowoczesnego sprzętu umieszczonego na satelitach. Dzięki połączeniu nowych danych z długoterminowymi trendami byli w stanie ocenić zmiany ilości wody w jeziorach na przestrzeni kilku dziesięcioleci.
Badania pokazały, że 53% największych jezior na świecie traci wodę, a jej łączny ubytek jest 17-krotnie większy niż pojemność największego zbiornika na terenie USA, Lake Meads. Wynosi zatem około 560 km3 wody.
Uczeni przyjrzeli się też przyczynom utraty tej wody. W przypadku około 100 wielkich jezior przyczynami były zmiany klimatu oraz konsumpcja przez człowieka. Dzięki tym badaniom naukowcy dopiero teraz dowiedzieli się, że za utratą wody w jeziorze Good-e-Zareh w Afganistanie czy Mar Chiquita w Argentynie stoją właśnie takie przyczyny. Wśród innych ważnych przyczyn naukowcy wymieniają też odkładanie się osadów. Odgrywa ono szczególnie ważną rolę w zbiornikach, które zostały napełnione przed 1992 rokiem. Tam zmniejszanie się poziomu wody jest spowodowane głównie zamuleniem.
Podczas gdy w większości jezior i zbiorników wody jest coraz mniej, aż 24% z nich doświadczyło znacznych wzrostów ilości wody. Są to głównie zbiorniki znajdujące się na słabo zaludnionych terenach Tybetu i północnych części Wielkich Równin oraz nowe zbiorniki wybudowane w basenach Mekongu czy Nilu.
Autorzy badań szacują, że około 2 miliardów ludzi mieszka na obszarach, gdzie w zbiornikach i jeziorach ubywa wody, co wskazuje na pilną potrzebę uwzględnienia takich elementów jak zmiany klimatu, konsumpcja przez człowieka czy zamulanie w prowadzonej polityce. Jeśli na przykład konsumpcja przez człowieka jest ważnym czynnikiem prowadzącym do utraty wody, trzeba wprowadzić mechanizmy, które ją ograniczą, mówi profesor Ben Livneh. Uczony przypomina jezioro Sevan w Armenii, w którym od 20 lat poziom wody rośnie. Autorzy badań łączą ten wzrost z wprowadzonymi i egzekwowanymi od początku wieku przepisami dotyczącymi sposobu korzystania z wód jeziora.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Specjaliści od biomechaniki z Cornell University obliczyli maksymalną wysokość, z jakiej możemy skoczyć do wody bez większego ryzyka wyrządzenia sobie krzywdy. Uwzględnili rodzaj skoku, a zatem to, która część ciała najpierw styka się z wodą. Woda jest 1000-krotnie gęstsza niż powietrze, więc skacząc przemieszczamy się z bardzo rzadkiego do bardzo gęstego medium, co wiąże się z silnym uderzeniem, mówi profesor Sunghwan Jung, główny autor artykułu opublikowanego na łamach Science Advances.
Z eksperymentów wynika, że w przypadku osoby, która nie przeszła odpowiedniego treningu, skok do wody z wysokości ponad 8 metrów grozi uszkodzeniami kręgosłupa i karku w sytuacji, gdy jako pierwsza z wodą styka się głowa. Jeśli zaś skoczymy tak, by jako pierwsze z wodą zetknęły się dłonie, to przy skoku z wysokości ponad 12 metrów ryzykujemy uszkodzeniem obojczyka. Z kolei uszkodzenie kolana jest prawdopodobne przy skoku na stopy z wysokości ponad 15 metrów.
Chcieliśmy sprawdzić, jak pozycja przy skoku do wody wpływa na ryzyko odniesienia obrażeń. Motywowała nas też chęć opracowania ogólnej teorii dotyczącej tego, jak obiekty o różnych kształtach wpadają do wody. Prowadziliśmy więc analizy zarówno kształtu ludzkiego ciała i różnych rodzajów skoków, jak i ciał zwierząt. Mierzyliśmy przy tym oddziałujące siły, dodaje Jung.
Na potrzeby badań naukowcy wydrukowali trójwymiarowe modele ludzkiej głowy i tułowia, głowy morświna zwyczajnego, dzioba głuptaka zwyczajnego oraz łapy jaszczurki z rodzaju Basiliscus. W ten sposób mogli zbadać różne kształty podczas zetknięcia się z wodą. Wrzucali do niej swoje modele, mierzyli działające siły oraz ich rozkład w czasie. Brali pod uwagę wysokość, z jakiej modele wpadały do wody, a znając działające siły oraz wytrzymałość ludzkich kości, mięśni i ścięgien byli w stanie wyliczyć ryzyko związane ze skakaniem do wody z różnych wysokości. Biomechanika człowieka dysponuje olbrzymią literaturą dotyczącą urazów w wyniku upadków, szczególnie wśród osób starszych, oraz urazów sportowych. Nie znam jednak żadnej pracy dotyczącej urazów podczas skoków do wody, mówi profesor Jung.
Badania dają nam też wiedzę na temat przystosowania się różnych gatunków zwierząt do nurkowania. Na przykład głuptak zwyczajny ma tak ukształtowany dziób, że może wpadać do wody z prędkością do 24 m/s czyli ponad 86 km/h. Jung i jego zespół od dłuższego czasu badana mechanikę nurkowania zwierząt. Obecnie naukowcy skupiają się na tym, jak lisy nurkują w śniegu.
Jesteśmy dobrymi inżynierami. Potrafimy zbudować samolot i okręt podwodny. Ale przechodzenie pomiędzy różnymi ośrodkami, co sprawnie robią zwierzęta, nie jest łatwym zadaniem. A to bardzo interesująca kwestia. Inżynierowie chcieliby np. budować drony, które sprawnie poruszałyby się w powietrzu, a później wlatywały pod wodę. Może dzięki naszym badaniom wpadną na odpowiednie rozwiązania. My zaś próbujemy zrozumieć podstawy mechaniki, dodaje Jung.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.