Цифровой мост для позвоночника. Мягкий электродвигатель. Управление спячкой. Новости QWERTY №260
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир, и сейчас я вам расскажу об уровне умения приспосабливаться, к которому я сам стремлюсь.
Это тропическая лиана трифофиллум пельтату, живущая в Африке. У нее есть разные типы листьев: с крючками она цепляется за опору гористых склонов, обычными листьями она фотосинтезирует. А время от времени она отращивает специальные листья, на кончиках которых находятся капсулы со склеивающим веществом. Отращивает она их с целью поймать на эту клейкую массу насекомых, которые затем она переваривает. То есть, представляете, в основном она ведет обычный образ жизни обычного растения, а когда что-то случается, она переходит в режим хищника.
У знакомых нам хищных растений режим собственно только один — режим хищника. Что же заставляет трифофиллума менять предпочтения и образ жизни? В ходе экспериментов, в которых растения лишали разного рода благ и веществ, выяснилось, что хищные листья лиана выпускает только тогда, когда ей катастрофически не хватает одного конкретного вещества — фосфора. Поэтому она и стремится получить его из другого доступного ей источника — насекомых.
Если подумать о том, что тропические ливни способны вымывать с этих гористых склонов полезные вещества очень быстро, то становится понятно, почему лиане нужен альтернативный способ получения фосфора. Ну и пока что это единственное растение, способное вот так вот в воздухе прямо переобуваться.
Ну а если из информационного поля вымываются полезные новости, то всегда есть альтернатива в виде самых интересных новостей науки за предыдущую неделю. И как обычно, все ссылки на источники и подробности в описании.
[музыка]
Когда мы говорим о мягких роботах, мы подразумеваем, что они нужны там, где жесткие элементы могли бы причинить вред. Например, на глубинах при общении с морскими обитателями или в медицине при уходе за людьми. Мягкий корпус и манипуляторы сделать не сложно, а вот приводить это все в движение приходится пневматикой, гидравликой или искусственными мышцами.
Вот только насосы для пневматики и гидравлики нужно выносить за пределы роботов, а разнообразные искусственные мышцы часто гораздо менее эффективны, чем электродвигатели. Соответственно, без электродвигателей в ряде случаев не обойдешься. Но решение этой проблемы лежит на поверхности: нужно просто сделать электродвигатель мягким.
И вот перед вами трехфазные синхронные бесколлекторные мягкие двигатели размером 4 на 8 см. Постоянные магниты на роторе мягкие, сделаны из силикона с добавлением намагниченных частиц. Стартер тоже силикон, на нем расположены катушки. А вот обмотка на катушках не медная, как обычно бывает, тоже из силиконовых трубок, внутри проводящие сплав галлия и индия. Он жидкий при комнатной температуре, то есть деформируемый.
Для хорошего скольжения используются полиэтиленовые оболочки с графитовой смазкой. Также есть мягкие магнитные сенсоры, позволяющие определять положение ротора и контролировать скорость. Двигатель не ставит рекордов: крутящий момент 3 Нм и 4000 оборотов в минуту, максимальная мощность 240 мВт.
Интересно, что если его деформировать до определенного предела, то на его работе это не сказывается. Он выдерживает вертикальное сжатие почти на 40 процентов и радиальное растяжение на 25 процентов. И только радиальное сжатие более чем на 13 процентов его останавливает, потому что трение становится слишком сильным. Давление на катушке можно отследить, так как оно вызывает изменение тока, а это значит, что можно двигателем управлять при помощи нажатия на него, что и продемонстрировали на экспериментальном образце.
Заодно показали, как двигатель работает в мягком водяном насосе, как он работает вообще под водой. Над водой выглядит интересно, но еще более интересными должны стать длительные испытания в условиях, приближенных к реальным. Так что ждем.
Состояние пониженной физиологической активности, сопровождающееся понижением температуры тела и замедлением метаболизма, называют торпор. И я надеюсь, что я правильно ставлю ударение. В благоприятных условиях в состоянии торпора могут впадать, например, колибри в морозной ночи, мыши и ряд других животных. Такая себе кратковременная спячка, но не сон, а что-то вроде гибернации.
Человеку это пригодилось бы в длительных космических путешествиях. Да, когда-нибудь мы дойдем до этого для снижения рисков при определенных заболеваниях или даже на операционном столе. Но вот как-то исторически не задалось. Не умеем мы в гибернацию, офисной спине, но не в счет. Но исследования способов погрузить организм животных во торпор ведутся.
Например, несколько лет назад выяснилось, что можно генетически модифицировать мышей, и затем активировать нейроны в их мозгу, отвечающие за погружение в спячку при помощи оптогенетики или химии. У человека пока что модифицировать нельзя, но зато никто не запрещал применять к нему ультразвук. Поэтому поставили следующий эксперимент: ученые облучали мышей ультразвуком при помощи носимого устройства.
Пучок был сконцентрирован на преорбитальной зоне гипоталамуса, частота составляла 3,2 МГц. Сигнал подавался 6 раз по 10 секунд с перерывами в 30 секунд. В ответ на это воздействие у мыши понижалась температура тела примерно на 3 градуса, замедлялось сердцебиение, и они впадали в состояние оцепенения. Повторяя сигналы, можно было держать их в этом состоянии сутками, но после отмены все приходило в норму.
Без побочных эффектов, как и любой инструмент. Эта доработанная технология может стать опасной, так и представляю себе какую-нибудь ультразвуковую и глупо давления воли в руках, скажем, спецслужб. Но как она вообще работает? Дело в том, что в гипоталамусе есть нейроны, у которых есть особые ионные каналы, реагирующие на ультразвук. Они активировались и отправляли сигналы к симпатической нервной системе, заставляющей бурый жир прекращать генерацию тепла.
Интересно, что таким же методом в торпору удалось вызвать у крыс — у животных, которые обычно в состоянии оцепенения вообще не впадают. Правда, снижение температуры тела у них было на 1 градус меньше, чем у мышей. Получается, что да, экспериментов опытов над людьми практически рукой подать, учитывая, что эта технология неинвазивна, не нужно сверлить череп, как в ситуации, например, с тем же нейролинком.
И, кстати, нейролинк по заявлениям самого нейролинка вроде бы как уже получил разрешение на клинические испытания на людях. Помните фильм "Апгрейд", в котором парализованному человеку вживили в позвоночник чип, вернувший ему способность двигаться? Вообще эта технология реализуема. Кстати, почему вообще нужны такие ухищрения для парализованных людей? Травмы спинного мозга могут прерывать связь между мозгом и конечностями, вызывая паралич.
Однако стимуляция нервов спинного мозга может вернуть способность двигаться. Так работает, правда, довольно ограничено и при частичных повреждениях и эпидуральная стимуляция. Однако и она может помочь парализованным людям стоять или даже ездить на велосипеде. А если добавить датчики движения, то можно научить их ходить еще и по плоской поверхности. Но мы расскажем о другом случае.
11 лет назад мужчину по фамилии Оскан парализовало после велосипедной аварии. Он получил неполную травму спинного мозга. Через 5 лет он стал участником клинического испытания, в котором ему стимулировали нервы в спинном мозге, контролирующие движение ног. Оскан смог снова ходить с помощью ходунков, но для этого ему приходилось делать неестественное движение, обнаруживаемое датчиками движения, чтобы выдавать заранее заданные шаблоны стимуляции нервов.
Ему было трудно начинать идти и останавливаться, и он мог ходить только по ровным поверхностям. Новый эксперимент должен был передать контроль над движениями ног мозгу. Хотя ранее его нервные связи частично восстановились, вот как раз за счет эпидуральной стимуляции, но этого было недостаточно. Он вышел, как бы на плато своей реабилитации, и для дальнейшего прогресса он как раз и получил интерфейс "мозг-спинной мозг".
Ему же вели два мозговых импланта, два массива электродов, расположенных на поверхности мозга, записывающих активность из сенсомоторной коры. Эти сигналы передаются по воздуху в рюкзак с компьютером, который преобразует их в шаблоны стимуляции, передаваемые спинному мозгу. Спинному мозгу ранее уже были подключены электроды с прошлого эксперимента, так что к ним осталось только подключить генератор импульсов, который имплантировали под кожу живота. Затем Оскар пошел на десятки сеансов подготовки, во время которых он думал о движениях и пытался их делать, а компьютер все это анализировал и записывал паттерны для дальнейшего использования в качестве команд спинному мозгу. Калибровку, конечно же, тоже проверяли.
В итоге программа нейрореабилитации привела к улучшению подвижности, причем даже при отключенном интерфейсе "мозг-спинной мозг". Исследователи говорят, что возникли новые нервные связи, и вот уже два года как Оскар может самостоятельно передвигаться по дому. Пусть и на костылях, ходить по лестницам и наклонным поверхностям, садиться и выходить из машины. И что для него важно — посещать бар и стоять у стойки. При этом вся цифровая система до сих пор остается надежной, и точность сигналов не снижается.
Это все дает надежду многим людям с частичными травмами спинного мозга, хотя, конечно, все зависит от конкретного случая и тяжести травм. Ну и череп в этом случае сверлить все-таки приходится.
Лучшая новость предыдущего выпуска — вы признали новость про то, что учёные вывели бактерии, которые умеют атаковать раковые клетки. При этом они безвредны для человека, потому что либо не умеют жить внутри человеческого тела и могут только выполнить разовую атакующую миссию, либо стремятся только в те места, где отсутствуют глюкозы. А это именно опухоли, и там они проводят политику вытеснения раковых клеток.
Кстати, есть еще один способ использовать бактерии: это их внедрение в организм с целью поднять иммунитет пациента. В опытах на собаках в 2014 году опухоли у них не вмешались или даже исчезали после инъекции спор кластридий. Поэтому подобные методы пробовали применять и к людям. В экспериментах с 2014 по 2017 годы у большинства пациентов опухоли уменьшались, в том числе у одной женщины уменьшилась ли ее миосаркома. Однако в побочках наблюдались и сепсис, и гангрена при значительных дозах спор.
Но самое важное, что тогда не получилось выяснить, а какие именно вещества, выделяемые бактериями, запускали иммунитет и тормозили опухоли. Так что опытов, несомненно, будут продолжаться. И скорее всего мы придем к какому-то комбинированному методу бактериотерапии и иммунной терапии.
Ну что, на этом на сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Как обычно, проголосовать за самую интересную новость этого выпуска вы можете в нашем Telegram канале. Ну а мне будет очень приятно, если вы поставите лайк этому ролику, поделитесь им со своими друзьями и напишите комментарий. И, конечно же, постарайтесь не забыть щелкнуть колокольчик, чтобы не пропускать новых роликов. И до скорых встреч! Пока!
[музыка]