Ослабили ВИЧ в 1000 раз. «Океан» на Марсе. Оптические нейросети. Инсекто-лазер. Новости QWERTY №310
Всем привет. Вы смотрите научно-популярный канал КРТИ. А меня зовут Владимир. Если вы провели хотя бы одну ночь в поисках назойливого комара, который подлетает к вам снова и снова после того, как вы ложитесь в постель, так и не поймав его, то эта новость принесёт вам удовлетворение.
Израильский стартап представил устройство, которое облегчит ваши поиски. Вот такая коробочка при помощи компьютерного зрения постоянно сканирует помещение и обнаруживает в нём комаров, причём даже в темноте. У неё есть инфракрасная камера с подсветкой. Затем устройство ведёт вредителя до места посадки и подсвечивает его лазером. Хозяину остаётся всего лишь подойти к комару и уничтожить его.
Разумеется, не все постоянно смотрят на стены и потолок, поэтому предусмотрена отправка оповещения на смартфон. Производитель заявляет, что устройство хорошо обучено и реагирует только на комаров. Игрушка довольно дорогая, под 400 долларов, но где-то может быть вполне востребована. Так-то комары всё ещё переносят и вирус Зика, и лихорадку Денге, и малярию.
Почему производители не строили в турель лазер помощнее, как в автоматических уничтожителях? Мы как-то рассказывали, тоже понятно: лазер может не на разом и глаз повредить. С другой стороны, можно было бы с таким лазером добавить режим охоты, при котором ты покидаешь помещение, а турель начинает локальный инсектицид, и все довольны. Надо будет в Израиль написать, но только после выпуска самых интересных новостей науки за предыдущую неделю. И как обычно, все ссылки на подробности и источники в описании.
[музыка]
Похоже, что на Марсе, в знаменитой красной пустыне, всё-таки полно воды и может быть даже жидкой. Когда-то Марс славился тёплым и влажным климатом: реки, озёра и океаны делали Марс местом, где в теории можно было бы устроить курорт. Было бы для кого. Подземные воды также присутствовали. Однако примерно 2–3 млрд лет назад Марс расстался с атмосферой, как минимум с обширной и плотной.
С тех пор он стал холодным и засушливым, а атмосфера жиденькой. Вся вода с Марса исчезнуть не могла; считается, что она до сих пор содержится в виде льда в полярных шапках и неглубоко под слоем реголита в достаточно глубоких подземных карманах в очень солёном виде, а также в составе минералов. В тщательных поисках воды сильно помогают радиолокационные и сейсмологические исследования. Например, станция Инсайт, которая 4 года ощупывала марсианскую кору, предоставила данные о скорости распространения сейсмических волн в средней коре планеты, на глубине от 11 до 20 км.
Используя сложные математические модели и геофизические методы, учёные попытались определить, какие породы залегают на этой глубине в радиусе 50 км от станции. И вот тут начинается самое интересное: ранее исследователи считали, что марсианская кора состоит из старых и скучных магматических пород, пористых и твёрдых. Но данные модели показали отклонение от этих пород; они не соответствовали обычным базальтам и плагиоклазам.
Замечу, что в тот момент воду там ещё не искали, но после серии проб и ошибок оказалось, что именно наличие жидкой воды в трещинах глубинных магматических пород лучше всего подходит для объяснения полученных результатов. Эти тонкие трещины могли удерживать жидкую воду на протяжении миллиардов лет, не выпуская её в атмосферу. Если предположить, что по всей планете картина одинаковая, то собранная из глубин вода могла бы покрыть Марс полуторакилометровым океаном. Добыть её, разумеется, далеко не просто. Мы на Земле то бурили на 15 км, и да, Кольская сверхглубокая уже не рекордсмен.
Да и поднятая на поверхность вода будет, скорее всего, представлять из себя очень сложные растворы. Но мало ли что мы придумаем в будущем. Да и сам факт анализа марсианских глубин, конечно, впечатляет. Компьютерная техника может себе вполне спокойно работать не на электронах, а на фотонах, и информация будет обрабатываться буквально в оптическом диапазоне. Задача развивать это направление стоит перед оптоэлектроникой.
Вот выглядит фотонный чип, используемый для глубокого обучения нейросетей. Да, фотонную электронику точно так же, как обычную, можно использовать для построения нейросетей. Более того, в теории такой метод принесёт экономию в скорости обучения, а соответственно и в энергоресурсах. Не забываем, что оптоволокно быстрее меди.
Однако есть и проблемы, и связаны они с обучением нейросетей на оптических системах. Посудите сами: прежде чем создать оптическую систему, нужно сначала создать её компьютерную модель, примерно так, как архитекторы сначала проектируют здание на компьютере, создают компьютерные модели зданий и уже затем приступают к строительству.
Но модели не могут учесть реальные физические несовершенства оптических систем, которые в любом случае будут появляться. К тому же моделирование оптики само по себе требует масштабных вычислений, что и снижает энергоэффективность и накладывает ограничение на масштаб оптических систем. Поэтому логично переходить к созданию оптических нейронных сетей, сказать сразу на местах, и переходить к их обучению непосредственно там, где они будут применяться.
Однако если использовать один из самых распространённых методов обучения нейросетей — метод обратного распространения ошибки, то оптическая система для такой нейросети должна быть буквально идеальной. Она должна быть очень ровной и содержать минимум физических дефектов.
А сейчас это достижимо практически только на очень малых масштабах. Но китайцы нашли способ обойти это ограничение: они предложили метод обучения в полностью прямом режиме. Оно позволяет обучать оптические системы на месте без предварительных сложных компьютерных симуляций. Этот метод не требует долгого обучения на протяжении дней и недель; оптические системы обучаются самостоятельно в реальном времени, в реальных условиях.
Демонстрация работоспособности метода была впечатляющей. Во-первых, оптическая нейронная сеть смогла распознавать изображение на том же уровне, что и традиционные кремниевые компьютерные системы. Вот, оптическая система научилась видеть сквозь рассеивающие материалы, вроде матового стекла, имитирующего туман, и сделала она это очень хорошо. Более того, полностью оптическая система смогла обрабатывать информацию с использованием крайне низких уровней света — менее одного фотона на пиксель.
А на десерт учёные разработали оптический микрочип Tachi 2, который может заменить собой GPU — графический процессор, и значительно повысить эффективность обучения систем искусственного интеллекта. Похоже, что скоро с классическими системами кремниевыми мы получим ещё и оптические системы искусственного интеллекта, которые смогут работать быстрее и эффективнее.
А это должно повлечь за собой достижения в автономном транспорте, в медицинской диагностике, моделировании климата и других сферах. Учёные нашли способ использовать что-то вроде "троянского коня" для борьбы с ВИЧ. Этот способ позволяет снизить вирусную нагрузку в 1.000 раз, это на три порядка.
Сегодня лечение ВИЧ требует постоянного приёма мощных антиретровирусных препаратов. Если их перестать принимать, вирус возвращается с новой силой. Вакцины от ВИЧ пока нет, а пересаживать мутантные, нечувствительные к вирусу донорские клетки костного мозга, что помогло пока всего нескольким людям на земле, слишком сложно и дорого.
И тут на сцену выходят так называемые дефектные вирусные интерферирующие частицы. Это такие очень дефектные вариации вируса, у которых отсутствуют обширные участки генома. Они образуются сами по себе в обычных условиях и паразитируют на своих полноценных собратьях, отбирая у них нужные белки и соответственно делая их неспособными к размножению.
В обычной жизни таких дефектных интерферирующих частиц мало; они плохо размножаются из-за эффекта разбавления, поэтому общей популяции вируса они не опасны. Но вот если бы их было много, если бы они умели нормально размножаться, тогда они бы точно нанесли урон обычным вирусам, вытесняя их.
Исследователи провели моделирование, выяснили, как можно помочь этим эффектным частицам, и в конце концов, с помощью биореактора и генетических модификаций получили частицы, которые способны к самостоятельной репликации. Назвали их терапевтическими интерферирующими частицами.
При экспериментах на гуманизированных мышах, то есть с иммунной системой генномодифицированной по подобию человеческой, частицы значительно и стабильно подавляли вирусную нагрузку. Чтобы убедиться, что модель действительно рабочая, терапевтические частицы адаптировали к VIO — вирусу иммунодефицита обезьян. Затем эти частицы ввели внутривенно макам резусам, которых заразили высокопарным вирусом. В крови макак частицы занялись подрывной деятельностью, вытесняя VIO. Все шесть макак через полгода имели вирусную нагрузку в тысячу раз меньшую, чем у контрольной группы.
Логично, что и клиническая картина была лучше. Правда, одна обезьяна всё же умерла, с другой стороны в контрольной группе погибла половина животных. Уже к пятнадцатой неделе, что важно, вирус в организме не проявлял признаков повышения устойчивости или эволюционирования, так что терапевтические дефектные частицы могут стать путём к новому виду терапии, удерживающем вирусную нагрузку ниже порога передачи, то есть ниже 100.000 копий вируса на 1 миллилитр крови.
А если так, то получается, что принцип Семилия Сибус Куран опять пригодился.
Лучшую новость предыдущего выпуска вы признали новость про то, что у ё подтвердили поведение макроскопических объектов. Они определили, что пучки нейтронов в нейтронном интерферометре не подчиняются неравенству легита Гарри, то есть нарушают правила макроскопического реализма, когда мы точно знаем, в каком состоянии находится тот или иной макроскопический объект, чтобы он был без всяких там суперпозиций.
Нейтроны же, запускаемые по пучку, путешествовали сразу по двум путям, находились одновременно сразу в двух пучках. И это при том, что физически пучки разнесены друг от друга на огромные для квантовых частиц расстояния — несколько сантиметров.
В комментариях спрашивали про идеальные негативные измерения, которые не изменяют состояние системы за счёт отсутствия детектора. Для таких измерений нужно собирать несколько сетапов оборудования, при которых на некоторых отрезках пути вместо детектора ставят абсорбер — поглотитель. Это позволяет рассчитать вероятности прохождения нейтроном того или иного участка пути, не затрагивая сам нейтрон, а затем и построить корреляции для разных регионов пути нейтрона. Эти корреляции и позволяют сделать окончательные выводы.
Ну что ж, а на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр. Напишите в комментариях, будете ли вы ставить более мощный лазер в эту комариную турель.
А проголосовать за самую интересную новость выпуска можно, как обычно, в нашем телеграм-канале. И до скорых встреч!
[музыка]
Пока!
[музыка]