Η NASA χρησιμοποιεί τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό - ένα διαστημόπλοιο σε μέγεθος γηπέδου ποδοσφαίρου που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη - για να μάθει περισσότερα για τη ζωή και την εργασία στο διάστημα. Για πάνω από 20 χρόνια, ο διαστημικός σταθμός παρέχει μια μοναδική πλατφόρμα για έρευνα και διερεύνηση σε τομείς όπως η βιολογία, η τεχνολογία, η γεωργία και πολλά άλλα. Χρησιμεύει ως σπίτι για τους αστροναύτες που διεξάγουν πειράματα, συμπεριλαμβανομένης της προώθησης των δυνατοτήτων της NASA για διαστημικές επικοινωνίες.

Το 2023, η NASA στέλνει στον διαστημικό σταθμό μια τεχνολογική επίδειξη γνωστή ως Integrated LCRD Low Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T). Μαζί, το ILLUMA-T και το Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), το οποίο εκτοξεύθηκε τον Δεκέμβριο του 2021, θα ολοκληρώσουν το πρώτο αμφίδρομο, end-to-end σύστημα αναμετάδοσης λέιζερ της NASA.

Με το ILLUMA-T, το γραφείο προγράμματος διαστημικών επικοινωνιών και πλοήγησης (SCaN) της NASA θα επιδείξει τη δύναμη των επικοινωνιών λέιζερ από το διαστημικό σταθμό. Χρησιμοποιώντας αόρατο υπέρυθρο φως, τα συστήματα επικοινωνιών λέιζερ στέλνουν και λαμβάνουν πληροφορίες σε υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων. Με υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων, οι αποστολές μπορούν να στέλνουν περισσότερες εικόνες και βίντεο πίσω στη Γη με μία μόνο μετάδοση. Μόλις εγκατασταθεί στο διαστημικό σταθμό, το ILLUMA-T θα παρουσιάσει τα οφέλη που θα μπορούσαν να έχουν οι υψηλότεροι ρυθμοί δεδομένων για τις αποστολές σε χαμηλή γήινη τροχιά.

"Οι επικοινωνίες με λέιζερ προσφέρουν στις αποστολές μεγαλύτερη ευελιξία και έναν ταχύτερο τρόπο για την επιστροφή δεδομένων από το διάστημα", δήλωσε ο Badri Younes, πρώην αναπληρωτής αναπληρωτής διοικητής για το πρόγραμμα SCaN της NASA. "Ενσωματώνουμε αυτή την τεχνολογία σε επιδείξεις κοντά στη Γη, στη Σελήνη και στο βαθύ διάστημα".

Εκτός από τους υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων, τα συστήματα λέιζερ είναι ελαφρύτερα και χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια - ένα βασικό πλεονέκτημα κατά το σχεδιασμό διαστημικών σκαφών. Το ILLUMA-T έχει περίπου το μέγεθος ενός τυπικού ψυγείου και θα στερεωθεί σε μια εξωτερική μονάδα του διαστημικού σταθμού για να πραγματοποιήσει την επίδειξή του με το LCRD.

Επί του παρόντος, το LCRD επιδεικνύει τα οφέλη ενός αναμεταδότη λέιζερ σε γεωσύγχρονη τροχιά - 22.000 μίλια από τη Γη - διακτινίζοντας δεδομένα μεταξύ δύο επίγειων σταθμών και διεξάγοντας πειράματα για την περαιτέρω βελτίωση των δυνατοτήτων λέιζερ της NASA.

"Μόλις το ILLUMA-T βρεθεί στο διαστημικό σταθμό, το τερματικό θα στέλνει δεδομένα υψηλής ανάλυσης, συμπεριλαμβανομένων εικόνων και βίντεο στο LCRD με ρυθμό 1,2 gigabits ανά δευτερόλεπτο", δήλωσε ο Matt Magsamen, αναπληρωτής διευθυντής του έργου ILLUMA-T. "Στη συνέχεια, τα δεδομένα θα αποστέλλονται από το LCRD σε επίγειους σταθμούς στη Χαβάη και την Καλιφόρνια. Αυτή η επίδειξη θα δείξει πώς οι επικοινωνίες με λέιζερ μπορούν να ωφελήσουν τις αποστολές σε χαμηλή γήινη τροχιά".

Το ILLUMA-T εκτοξεύεται ως ωφέλιμο φορτίο στην 29η αποστολή Commercial Resupply Services της SpaceX για τη NASA. Τις πρώτες δύο εβδομάδες μετά την εκτόξευσή του, το ILLUMA-T θα αφαιρεθεί από τον κορμό του διαστημοπλοίου Dragon για να εγκατασταθεί στην Εκτεθειμένη Εγκατάσταση της Ιαπωνικής Πειραματικής Μονάδας (JEM-EF - Japanese Experiment Module-Exposed Facility) του σταθμού, γνωστή και ως "Kibo" - που στα ιαπωνικά σημαίνει "ελπίδα".

Μετά την εγκατάσταση του ωφέλιμου φορτίου, η ομάδα ILLUMA-T θα πραγματοποιήσει προκαταρκτικές δοκιμές και ελέγχους εντός τροχιάς. Μόλις ολοκληρωθεί, η ομάδα θα κάνει ένα πέρασμα για το πρώτο φως του ωφέλιμου φορτίου - ένα κρίσιμο ορόσημο όπου η αποστολή μεταδίδει την πρώτη δέσμη φωτός λέιζερ μέσω του οπτικού τηλεσκοπίου της στο LCRD.

Μόλις επιτευχθεί το πρώτο φως, θα ξεκινήσουν τα πειράματα μετάδοσης δεδομένων και επικοινωνιών με λέιζερ, τα οποία θα συνεχιστούν καθ' όλη τη διάρκεια της προγραμματισμένης αποστολής.

Δοκιμές λέιζερ σε διαφορετικά σενάρια

Στο μέλλον, οι επιχειρησιακές επικοινωνίες με λέιζερ θα συμπληρώνουν τα συστήματα ραδιοσυχνοτήτων, τα οποία χρησιμοποιούν σήμερα οι περισσότερες διαστημικές αποστολές για την αποστολή δεδομένων στην πατρίδα. Το ILLUMA-T δεν είναι η πρώτη αποστολή που δοκιμάζει επικοινωνίες λέιζερ στο διάστημα, αλλά φέρνει τη NASA πιο κοντά στην επιχειρησιακή έγχυση της τεχνολογίας.

Εκτός από το LCRD, οι προκάτοχοι του ILLUMA-T περιλαμβάνουν το σύστημα 2022 TeraByte InfraRed Delivery system, το οποίο δοκιμάζει επί του παρόντος επικοινωνίες λέιζερ σε έναν μικρό CubeSat σε χαμηλή γήινη τροχιά, το Lunar Laser Communications Demonstration, το οποίο μετέφερε δεδομένα από και προς τη σεληνιακή τροχιά στη Γη και πίσω κατά τη διάρκεια της αποστολής Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer το 2014, και το 2017 Optical Payload for Lasercomm Science, το οποίο έδειξε πώς οι επικοινωνίες λέιζερ μπορούν να επιταχύνουν τη ροή πληροφοριών μεταξύ Γης και διαστήματος σε σύγκριση με τα ραδιοσήματα.  

Η δοκιμή της ικανότητας των επικοινωνιών λέιζερ να παράγουν υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων σε διάφορα σενάρια θα βοηθήσει την αεροδιαστημική κοινότητα να βελτιώσει περαιτέρω την ικανότητα για μελλοντικές αποστολές στη Σελήνη, τον Άρη και το βαθύ διάστημα.

Αυτήν την εβδομάδα, τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης αναστατώθηκαν από έναν ισχυρισμό για έναν νέο υπεραγωγό που λειτουργεί όχι μόνο σε θερμοκρασίες δωματίου, αλλά και σε πίεση περιβάλλοντος. Αν αληθεύει, η ανακάλυψη θα είναι μια από τις μεγαλύτερες που έχουν γίνει ποτέ στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης και θα μπορούσε να οδηγήσει σε κάθε είδους τεχνολογικά θαύματα, όπως αιωρούμενα οχήματα και τέλεια αποδοτικά ηλεκτρικά δίκτυα. Ωστόσο, οι δύο σχετικές εργασίες, που αναρτήθηκαν στον διακομιστή arXiv preprint από τους Sukbae Lee και Ji-Hoon Kim του Κέντρου Κβαντικής Ενεργειακής Έρευνας της Νότιας Κορέας και τους συναδέλφους τους στις 22 Ιουλίου, δεν περιέχουν πολλές λεπτομέρειες και έχουν αφήσει πολλούς φυσικούς δύσπιστους. Οι ερευνητές δεν απάντησαν στο αίτημα του Science για σχολιασμό.

"Βγαίνουν σαν πραγματικοί ερασιτέχνες", λέει ο Michael Norman, θεωρητικός στο Argonne National Laboratory. "Δεν γνωρίζουν πολλά για την υπεραγωγιμότητα και ο τρόπος που παρουσίασαν ορισμένα από τα δεδομένα είναι ύποπτος". Από την άλλη πλευρά, λέει, οι ερευνητές στο Argonne και αλλού προσπαθούν ήδη να επαναλάβουν το πείραμα. "Οι άνθρωποι εδώ το παίρνουν στα σοβαρά και προσπαθούν να αναπτύξουν αυτό το πράγμα". Η Nadya Mason, φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, Urbana-Champaign, λέει: "Εκτιμώ ότι οι συγγραφείς πήραν τα κατάλληλα δεδομένα και ήταν σαφείς σχετικά με τις τεχνικές κατασκευής τους". Παρόλα αυτά, προειδοποιεί: "Τα δεδομένα φαίνονται λίγο πρόχειρα".

Τι είναι ο υπεραγωγός;

Ένας υπεραγωγός είναι ένα υλικό που μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς καμία απολύτως αντίσταση. Αν έχετε κάνει ποτέ μαγνητική τομογραφία, έχετε ξαπλώσει μέσα σε έναν μεγάλο ηλεκτρομαγνήτη από υπεραγώγιμο σύρμα. Η ροή χωρίς αντίσταση του επιτρέπει να δημιουργεί ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο χωρίς να θερμαίνεται ή να καταναλώνει τεράστια ενέργεια. Οι υπεραγωγοί έχουν αμέτρητες άλλες χρήσεις, από την κατασκευή φίλτρων συχνοτήτων για τις ραδιοεπικοινωνίες μέχρι την επιτάχυνση σωματιδίων σε διατάξεις όπως το σύγχροτρο, το κύκλοτρο και το συγχροκύκλοτρο.

Ακούγεται παράξενο. Πώς συμβαίνει η υπεραγωγιμότητα;

Κανονικά, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να περάσουν εύκολα μέσα από ένα κρυσταλλικό στερεό επειδή αναπηδούν σε δονούμενα άτομα στο κρυσταλλικό πλέγμα. Ωστόσο, σε ορισμένα υλικά, σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν χαλαρά συνδεδεμένα, επικαλυπτόμενα ζεύγη - τα οποία δεν μπορούν να εκτραπούν χωρίς να σπάσει το ζεύγος. Και σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι δονήσεις δεν είναι αρκετά ισχυρές για να το κάνουν αυτό. Έτσι, αυτά τα ηλεκτρόνια γλιστρούν ανεμπόδιστα μέσα στο υλικό.

Υπάρχουν πολλοί υπεραγωγοί;

Δεκάδες στοιχειώδη μέταλλα - μόλυβδος, υδράργυρος, νιόβιο, κασσίτερος - και κράματα αυτών γίνονται υπεραγωγοί όταν ψύχονται σχεδόν στο απόλυτο μηδέν. Στη δεκαετία του 1950, οι φυσικοί εξήγησαν πώς σε αυτούς τους συμβατικούς υπεραγωγούς, οι δονήσεις του πλέγματος παρέχουν επίσης την κόλλα που δημιουργεί τα ζεύγη ηλεκτρονίων. Στη δεκαετία του 1980, ερευνητές εντόπισαν σύνθετες ενώσεις που περιείχαν στρώματα χαλκού και οξυγόνου που υπεραγωγιζόταν σε θερμοκρασίες έως και 133° Κ. Είκοσι χρόνια αργότερα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ενώσεις που περιείχαν στρώματα σιδήρου και αρσενικού μπορούσαν να υπεραγωγούν σε θερμοκρασίες σχεδόν εξίσου υψηλές. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτοί οι λεγόμενοι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας βασίζονται επίσης στη σύζευξη ηλεκτρονίων, αλλά δημιουργούνται μέσω ενός διαφορετικού μηχανισμού. Πρόσφατα, μια ομάδα έκανε αμφιλεγόμενους ισχυρισμούς για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας σε θερμοκρασία δωματίου -αν και σε υψηλή πίεση- για ενώσεις που περιέχουν υδρογόνο, θείο και άνθρακα.

Τι ισχυρίζεται η νοτιοκορεατική ομάδα;

Τίποτα λιγότερο από τον απόλυτο υπεραγωγό. Στα προδημοσιεύματα, τα οποία δεν έχουν ελεγχθεί, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι όταν εμπλουτίζεται ή "ντοπάρεται" με χαλκό, ένα υλικό από τα κοινά στοιχεία μόλυβδο, οξυγόνο και φώσφορο, γίνεται υπεραγωγός σε πίεση περιβάλλοντος και σε θερμοκρασίες τουλάχιστον 400° Κ - υψηλότερες από το σημείο βρασμού του νερού. Ουσιαστικά, λένε ότι μπορείτε να "ψηθεί" ένα δείγμα αυτού του υλικού, να βγεί από το φούρνο και απλά να κάθεται εκεί στον εργαστηριακό σας πάγκο και να άγει τον ηλεκτρισμό χωρίς καμία αντίσταση. Παρουσιάζουν δεδομένα που δείχνουν όχι μόνο μηδενική αντίσταση, αλλά και ότι το υλικό φαίνεται να αποβάλλει ένα μαγνητικό πεδίο, μια βασική υπογραφή της υπεραγωγιμότητας.

Ποιοι είναι οι λόγοι του σκεπτικισμού;

Υπάρχουν αρκετοί, λέει ο Norman. Πρώτον, το υλικό που δεν έχει αδρανοποιηθεί, ο απατίτης μολύβδου (Lead Apatite, M₅(PO₄)₃X, με το M να είναι συνήθως δισθενής μόλυβδος και το X κάποιο μονοσθενές ανιόν όπως υδροξύλιο ή χλώριο), δεν είναι μέταλλο αλλά μάλλον ένα μη αγώγιμο ορυκτό. Και αυτό είναι ένα μη υποσχόμενο σημείο εκκίνησης για την κατασκευή ενός υπεραγωγού. Επιπλέον, τα άτομα μολύβδου και χαλκού έχουν παρόμοιες ηλεκτρονικές δομές, οπότε η αντικατάσταση κάποιων ατόμων μολύβδου με άτομα χαλκού δεν θα πρέπει να επηρεάσει σημαντικά τις ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού, λέει ο Norman. "Έχετε μια πέτρα, και θα πρέπει να καταλήξετε και πάλι με μια πέτρα". Συν τοις άλλοις, τα άτομα μολύβδου είναι πολύ βαριά, γεγονός που θα πρέπει να καταστέλλει τις δονήσεις και να δυσχεραίνει τη σύζευξη των ηλεκτρονίων, εξηγεί ο Norman.

Έχουν οι συγγραφείς κάποια εξήγηση για το τι συμβαίνει;

Τα έγγραφα δεν παρέχουν μια σταθερή εξήγηση της φυσικής που χρησιμοποιείται. Αλλά οι ερευνητές εικάζουν ότι μέσα στο υλικό τους, η πρόσμιξη παραμορφώνει ελαφρώς τις μακριές, φυσικές αλυσίδες ατόμων μολύβδου. Λένε ότι η υπεραγωγιμότητα μπορεί να εμφανίζεται κατά μήκος αυτών των καναλιών 1D. Αλλά αυτό θα ήταν έκπληξη, λέει ο Norman, επειδή τα συστήματα 1D δεν παράγουν γενικά υπεραγωγιμότητα. Επιπλέον, η αταξία που εισάγεται από την πρόσμιξη θα έπρεπε να καταστέλλει περαιτέρω την υπεραγωγιμότητα. "Έχετε μια διάσταση, η οποία είναι κακή, και έχετε αταξία, η οποία είναι επίσης κακή", λέει ο Norman. Ο Mason δεν είναι τόσο σίγουρος. Σημειώνει ότι οι Lee και Kim προτείνουν επίσης ότι ένα είδος κυματισμού του φορτίου μπορεί να υπάρχει στις αλυσίδες και ότι παρόμοια μοτίβα φορτίου έχουν παρατηρηθεί σε υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας. "Ίσως αυτό το υλικό να πετυχαίνει πραγματικά το γλυκό σημείο ενός ισχυρά αλληλεπιδρώντος μη συμβατικού υπεραγωγού", λέει.

Πώς θα διευθετηθεί αυτό;

Το μεγάλο ερώτημα θα είναι αν κάποιος μπορεί να αναπαράγει τις παρατηρήσεις. Αυτό δεν θα πρέπει να είναι πολύ δύσκολο, λέει ο Norman, καθώς ο μολύβδινος απατίτης είναι ένα γνωστό υλικό που άλλοι θα πρέπει να είναι σε θέση να συνθέσουν. Ωστόσο, αυτό δεν είναι τόσο απλό όσο το έχουν παρουσιάσει κάποιοι θεατές στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης. "Το ευρύ κοινό φαίνεται να αντλεί περίεργα από το πόσο "εύκολη" είναι η 4ήμερη, πολυβάθμια, μικρής παρτίδας, σύνθεση στερεάς κατάστασης", σχολίασε στο Twitter η Jennifer Fowlie, φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο SLAC National Accelerator Laboratory. "Κάποιοι από εσάς δεν έχουν πάθει φουσκάλες από την υπερβολική χρήση του γουδοχέριου και αυτό φαίνεται". Παρ' όλα αυτά, οι φυσικοί θα θέσουν τον ισχυρισμό σε δοκιμασία πολύ γρήγορα, προβλέπει ο Norman: "Αν αυτό είναι αληθινό, θα το μάθουμε μέσα σε μια εβδομάδα".

Η αμερικανική υπηρεσία που έχει ως στόχο να διευρύνει τα όρια της εξερεύνησης του διαστήματος εξερευνά τελικά τα όρια της σύγχρονης εποχής της ζωντανής ροής. Την Πέμπτη, η NASA ανακοίνωσε ότι εγκαινιάζει μια beta έκδοση για on-demand streaming περιεχόμενο μέσω του NASA+. 

Η υπηρεσία δεν έθεσε ακριβή ημερομηνία για την έναρξη, αλλά δήλωσε ότι θα πρέπει να έρθει "αργότερα φέτος". Για αρχή, η νέα υπηρεσία streaming χωρίς διαφημίσεις θα είναι διαθέσιμη στον beta ιστότοπο της NASA και σε μια αναβαθμισμένη εφαρμογή της NASA. Η νέα ιστοσελίδα υποτίθεται ότι θα φορτώνει μπροστά τα επίκαιρα διαστημικά νέα της ημέρας, όπως πληροφορίες για το πρόγραμμα Artemis. Η υπηρεσία υπόσχεται να προωθήσει περιεχόμενο από όλες τις διάφορες διαδικτυακές υπηρεσίες της και να προσθέσει νέα χαρακτηριστικά στον ιστότοπο που είναι επικεντρωμένος στην επιστήμη.

Όποτε κι αν έρθει, η NASA υποσχέθηκε ότι αυτή η νέα υπηρεσία ροής δεν θα απαιτεί συνδρομή επί πληρωμή και θα πρέπει να είναι διαθέσιμη τόσο σε iOS όσο και σε Android. Η εφαρμογή θα πρέπει επίσης να είναι ενσωματωμένη με συσκευές αναπαραγωγής ροής όπως το Roku, το Apple TV και το Fire TV. Όπως δήλωσε στο δελτίο τύπου ο διαχειριστής επικοινωνιών της NASA Marc Etkind, η διαστημική υπηρεσία "θέτει το διάστημα κατά παραγγελία στα χέρια σας".

Η NASA διαθέτει ακόμη και ένα κομψό νέο βίντεο που διαφημίζει την υπηρεσία streaming. Η διαφήμιση υποδηλώνει ότι ένα ευρύ φάσμα δημόσιου περιεχομένου της υπηρεσίας θα είναι προσβάσιμο στη νέα πλατφόρμα, συμπεριλαμβανομένου περιεχομένου εκμάθησης για παιδιά και άλλων ντοκιμαντέρ.

Η NASA χρησιμοποιεί επί του παρόντος το NASA TV για το μεγαλύτερο μέρος του περιεχομένου βίντεο για τη δημόσια εκπαίδευση και τις ζωντανές μεταδόσεις εκτόξευσης πυραύλων. Ο οργανισμός διατηρεί μια 24/7 σειρά περιεχομένου που μοιάζει με καλωδιακό και τρέχει τόσο στον ιστότοπο της NASA όσο και στο YouTube. Η τρέχουσα εκπομπή τρέχει συνεχώς σε ζωντανή μετάδοση στο YouTube από το 2018. Μεγάλο μέρος αυτού του περιεχομένου περιλαμβάνει επαναλήψεις ομιλούντων επικεφαλής που περιγράφουν τη δουλειά τους στη NASA ή σε εταιρείες όπως η Lockheed Martin. Υπάρχουν και άλλα χαρακτηριστικά διαθέσιμα στο διαδίκτυο, όπως ζωντανές μεταδόσεις από τον ISS και κάλυψη εκτοξεύσεων.

Μεγάλο μέρος του σημερινού συστήματος μοιάζει απαρχαιωμένο. Η NASA μοιράζεται ακόμη και το δικό της είδος καθημερινών τηλεοπτικών οδηγών για το τι έρχεται στη συνέχεια στην τηλεοπτική της ροή. Η υπηρεσία αναγνώρισε πόσο παλιό καπέλο είναι αυτό και την ανάγκη οι γνώστες του διαστήματος ή ακόμα και οι περίεργοι για το διάστημα να επιλέγουν το περιεχόμενο που θέλουν να παρακολουθήσουν.

"Ο εκσυγχρονισμός των κύριων ιστοσελίδων μας από τεχνολογικής άποψης και ο εξορθολογισμός του τρόπου με τον οποίο το κοινό εμπλέκεται με το περιεχόμενό μας στο διαδίκτυο είναι κρίσιμα πρώτα βήματα για να γίνουν οι πληροφορίες της υπηρεσίας μας πιο προσβάσιμες, ανακαλύψιμες και ασφαλείς", δήλωσε ο επικεφαλής της NASA για θέματα πληροφοριών Jeff Seaton.

Θα είναι κάπως σαν το Netflix, αλλά για διαστημικό περιεχόμενο, και αυτό είναι καλό - αρκεί το περιβάλλον εργασίας να είναι σύγχρονο. Το NASA TV λειτουργεί μέσω διαφόρων πλατφορμών κοινωνικής δικτύωσης όπως το Twitter και το Facebook και είναι διαθέσιμο σε ορισμένες πλατφόρμες τρίτων, όπως το Hulu, το Roku και το Pluto TV. Είναι επίσης διαθέσιμη μέσω παλαιότερων μέσων στο DirectTV και το DISH Network. 

Πέρυσι, οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Monash δημιούργησαν το "DishBrain" - ένα ημι-βιολογικό τσιπ υπολογιστή με περίπου 800.000 εγκεφαλικά κύτταρα ανθρώπων και ποντικών που αναπτύχθηκαν εργαστηριακά στα ηλεκτρόδια του. Επιδεικνύοντας κάτι σαν αίσθηση, έμαθε να παίζει Pong μέσα σε πέντε λεπτά.

Η συστοιχία μικροηλεκτροδίων στην καρδιά του DishBrain ήταν ικανή τόσο να διαβάζει τη δραστηριότητα στα εγκεφαλικά κύτταρα όσο και να τα διεγείρει με ηλεκτρικά σήματα, οπότε η ερευνητική ομάδα έστησε μια εκδοχή του Pong όπου τα εγκεφαλικά κύτταρα τροφοδοτούνταν με ένα κινούμενο ηλεκτρικό ερέθισμα που αντιπροσώπευε σε ποια πλευρά της "οθόνης" βρισκόταν η μπάλα και πόσο μακριά βρισκόταν από το κουπί. Άφησαν τα εγκεφαλικά κύτταρα να ενεργήσουν στο κουπί, μετακινώντας το αριστερά και δεξιά.

Στη συνέχεια έστησαν ένα πολύ βασικό σύστημα ανταμοιβής, χρησιμοποιώντας το γεγονός ότι οι μικρές ομάδες εγκεφαλικών κυττάρων τείνουν να προσπαθούν να ελαχιστοποιήσουν την απρόβλεπτη κατάσταση στο περιβάλλον τους. Έτσι, αν το κουπί χτυπούσε την μπάλα, τα κύτταρα θα λάμβαναν ένα ωραίο, προβλέψιμο ερέθισμα. Αλλά αν αστοχούσε, τα κύτταρα θα λάμβαναν τέσσερα δευτερόλεπτα εντελώς απρόβλεπτης διέγερσης. Ήταν η πρώτη φορά που εγκεφαλικά κύτταρα που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο χρησιμοποιήθηκαν με αυτόν τον τρόπο, δίνοντας τους όχι μόνο έναν τρόπο να αντιλαμβάνονται τον κόσμο, αλλά και να ενεργούν σε αυτόν, και τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά.

Είναι αρκετά εντυπωσιακό, ώστε η έρευνα - που πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με την νεοφυή εταιρεία Cortical Labs της Μελβούρνης - να έχει προσελκύσει επιχορήγηση ύψους 407.000 δολαρίων από το πρόγραμμα National Intelligence and Security Discovery Research Grants της Αυστραλίας.

Αυτά τα προγραμματιζόμενα τσιπ, που συνδυάζουν τη βιολογική υπολογιστική με την τεχνητή νοημοσύνη, "στο μέλλον μπορεί τελικά να ξεπεράσουν τις επιδόσεις του υπάρχοντος, αμιγώς βασισμένου σε πυρίτιο υλικού", λέει ο επικεφαλής του έργου, αναπληρωτής καθηγητής Adeel Razi.

"Τα αποτελέσματα μιας τέτοιας έρευνας θα έχουν σημαντικές επιπτώσεις σε πολλούς τομείς, όπως, μεταξύ άλλων, ο προγραμματισμός, η ρομποτική, η προηγμένη αυτοματοποίηση, οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής και η ανακάλυψη φαρμάκων, προσφέροντας στην Αυστραλία ένα σημαντικό στρατηγικό πλεονέκτημα", δήλωσε.

Με άλλα λόγια, οι προηγμένες δυνατότητες μάθησης του DishBrain θα μπορούσαν να στηρίξουν μια νέα γενιά μηχανικής μάθησης, ιδίως όταν ενσωματώνονται σε αυτόνομα οχήματα, μη επανδρωμένα αεροσκάφη και ρομπότ. Θα μπορούσε να τους δώσει, λέει ο Razi, "έναν νέο τύπο μηχανικής νοημοσύνης που είναι σε θέση να μαθαίνει καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του".

Η τεχνολογία υπόσχεται μηχανές που μπορούν να συνεχίσουν να μαθαίνουν νέες ικανότητες χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο τις παλιές, που μπορούν να προσαρμόζονται καλά στις αλλαγές και που μπορούν να αντιστοιχίζουν τις παλιές γνώσεις σε νέες καταστάσεις - ενώ παράλληλα αυτοβελτιστοποιούν συνεχώς τη χρήση της υπολογιστικής ισχύος, της μνήμης και της ενέργειας.

"Θα χρησιμοποιήσουμε αυτή την επιχορήγηση", λέει ο Razi, "για να αναπτύξουμε καλύτερες μηχανές τεχνητής νοημοσύνης που θα αναπαράγουν την ικανότητα μάθησης αυτών των βιολογικών νευρωνικών δικτύων. Αυτό θα μας βοηθήσει να αυξήσουμε την ικανότητα του υλικού και των μεθόδων σε τέτοιο βαθμό ώστε να καταστούν βιώσιμος αντικαταστάτης των υπολογιστών πυριτίου".

Οι ερευνητές της IBM ανακοίνωσαν μια σημαντική ανακάλυψη στην κβαντική πληροφορική που αντιμετωπίζει την αναξιοπιστία των κβαντικών υπολογιστών. Ενώ οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές είναι μικροί και επιρρεπείς στο να παράγουν διαφορετικά αποτελέσματα για τον ίδιο υπολογισμό, διαθέτουν τη μοναδική ικανότητα να εξετάζουν ταυτόχρονα πολλές πιθανότητες. Η μέθοδος της IBM αντιμετωπίζει το ζήτημα της αναξιοπιστίας και ανοίγει το δρόμο για αξιόπιστες και χρήσιμες απαντήσεις. Η εξέλιξη αυτή σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς τον σοβαρό κβαντικό αλγοριθμικό σχεδιασμό.

Οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν με qubits, τα οποία μπορούν να αναπαριστούν ταυτόχρονα το 1 και το 0, σε αντίθεση με τους κλασικούς υπολογιστές που ασχολούνται με δυαδικά bits. Αυτό επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να εκτελούν πολλαπλούς υπολογισμούς σε ένα μόνο πέρασμα, επιλύοντας δυνητικά πολύπλοκα προβλήματα σε τομείς όπως η χημεία και η επιστήμη των υλικών. Ωστόσο, οι κβαντικοί υπολογιστές αποτελούν επίσης απειλή για την ιδιωτική ζωή, λόγω της δυνατότητάς τους να παραβιάζουν αλγόριθμους κρυπτογράφησης.

Το 2019, η Google ισχυρίστηκε ότι πέτυχε "κβαντική υπεροχή" ολοκληρώνοντας έναν υπολογισμό σε 3 λεπτά και 20 δευτερόλεπτα, ο οποίος θα χρειαζόταν περίπου 10.000 χρόνια σε έναν συμβατικό υπερυπολογιστή. Ωστόσο, ο ισχυρισμός αυτός αμφισβητήθηκε από την IBM και άλλους ερευνητές, οι οποίοι θεώρησαν το πρόβλημα επινοημένο. Κινέζοι ερευνητές κατάφεραν να εκτελέσουν τον ίδιο υπολογισμό σε έναν μη κβαντικό υπερυπολογιστή σε λίγο περισσότερο από πέντε λεπτά.

Η πρόσφατη μελέτη των επιστημόνων της ΙΒΜ επικεντρώθηκε στην προσομοίωση της συμπεριφοράς 127 μαγνητών ράβδων ατομικής κλίμακας, ένα πολύπλοκο πρόβλημα που δεν μπορεί να επιλυθεί από συμβατικούς υπερυπολογιστές. Χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό επεξεργαστή με 127 qubits, ολοκλήρωσαν τον υπολογισμό σε λιγότερο από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, παρά τον εγγενή θόρυβο και τα σφάλματα στους κβαντικούς υπολογισμούς. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια διαδικασία που ονομάζεται μετριασμός σφαλμάτων, η οποία αφαιρεί τις επιπτώσεις του θορύβου από τους αναξιόπιστους κβαντικούς υπολογισμούς.

Για να επικυρώσουν την ακρίβεια των αποτελεσμάτων τους, η ομάδα της IBM συνεργάστηκε με φυσικούς από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ. Σε περιπτώσεις όπου οι κλασικοί και οι κβαντικοί αλγόριθμοι παρήγαγαν διαφορετικές απαντήσεις, διαπιστώθηκε ότι η κβαντική λύση ήταν σωστή για τις πιο σύνθετες περιπτώσεις. Αν και παραμένει αβέβαιο αν η κβαντική υπολογιστική είναι ανώτερη από τις κλασικές τεχνικές για το μοντέλο Ising, ο μετριασμός των σφαλμάτων θεωρείται ως μια ενδιάμεση λύση μέχρι να γίνει εφικτή η διόρθωση σφαλμάτων.

Το επίτευγμα της IBM ανοίγει την πόρτα στη χρήση κβαντικών υπολογιστών για όλο και πιο πολύπλοκα προβλήματα πέρα από το μοντέλο Ising, όπως η μελέτη εξωτικών υλικών, η επιτάχυνση της ανακάλυψης φαρμάκων και η μοντελοποίηση αντιδράσεων σύντηξης. Ενώ η διόρθωση σφαλμάτων αναμένεται να είναι η τελική λύση, απαιτεί εξελίξεις στην τεχνολογία των επεξεργαστών και απέχει ακόμη χρόνια. Εν τω μεταξύ, ο μετριασμός των σφαλμάτων επιτρέπει στην κβαντική πληροφορική να σημειώσει πρόοδο στην επίλυση προκλήσεων του πραγματικού κόσμου.

Η νεοσύστατη επιχείρηση διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (Brain-Computer Interface - BCI) του Elon Musk, Neuralink, φέρεται να έλαβε έγκριση από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) των Ηνωμένων Πολιτειών για τη διεξαγωγή κάποιας μορφής δοκιμών "σε άνθρωπο" για τη χειρουργικά εμφυτευμένη εγκεφαλική συσκευή της.

Προς το παρόν δεν είναι σαφές σε τι είδους δοκιμές αναφέρεται το tweet της Neuralink - οι μόνες άλλες πληροφορίες που αναφέρθηκαν ήταν ότι η εταιρεία δεν δέχεται ακόμη υποψηφίους. Στις αρχές του 2022 ο FDA είχε αρνηθεί να δώσει την έγκριση στην Neuralink για δοκιμές σε ανθρώπους, λόγω διαφόρων ανησυχιών σχετικά με την ασφάλεια, τις οποίες, εκείνη την εποχή, η εταιρεία φέρεται να εργαζόταν για να επιλύσει. Η προφανής στροφή του FDA δείχνει ότι οι ανησυχίες αυτές έχουν επιλυθεί και η εταιρεία θα πρέπει στη συνέχεια να είναι ελεύθερη να διεξάγει περιορισμένες δοκιμές της χειρουργικά εμφυτευμένης συσκευής BCI.

Περιγράφοντας τη λειτουργία του BCI, ο Elon Musk έχει δηλώσει ότι θα βοηθούσε σε ορισμένα ιατρικά προβλήματα και προβλήματα κινητικότητας. Τα BCI αναπτύσσονται για τη θεραπεία πολλών παθήσεων, όπως η επιληψία. Παρέχουν επίσης υπηρεσίες ποιότητας ζωής για άτομα με αναπηρία, όπως η δυνατότητα να κατευθύνουν τον κέρσορα του ποντικιού μέσω της κίνησης των ματιών ή της σκέψης. Ο Musk δήλωσε επίσης ότι η συσκευή θα αναπτυχθεί για χρήση από το ευρύ κοινό ως ένα BCI γενικής χρήσης, το οποίο επιτρέπει στους ανθρώπους να διασυνδέονται με τις μηχανές μέσω της σκέψης και μας προστατεύει από την αντικατάστασή μας από τις μηχανές.

Μέχρι στιγμής, η Neuralink επιτρέπεται να διεξάγει δοκιμές μόνο σε πειραματόζωα, όπως μαϊμούδες και χοίρους. Η εταιρεία αντιμετώπισε πρόσφατα μια ομοσπονδιακή έρευνα σχετικά με την υποτιθέμενη κακομεταχείριση των ζώων- ωστόσο, η Neuralink αρνήθηκε οποιαδήποτε παράβαση και η έρευνα φαίνεται να έχει λήξει ήσυχα. Μια ξεχωριστή έρευνα σχετικά με την υποτιθέμενη μεταφορά μολυσμένων συσκευών παραμένει σε εξέλιξη.

Με τις δοκιμές σε ανθρώπους στο τραπέζι, το όραμα του Musk για υβρίδια ανθρώπων και τεχνητής νοημοσύνης (AI) έρχεται ένα βήμα πιο κοντά. Ως εκ τούτου, ίσως ήρθε η ώρα για τους προγραμματιστές και τους επιχειρηματίες να αρχίσουν να εξετάζουν τις εφαρμογές και τις περιπτώσεις χρήσης ενός ψυχαγωγικού, χειρουργικά εμφυτευμένου BCI. Ο Musk έχει επίσης προτείνει ότι τα BCI θα επιτρέψουν στους ανθρώπους να χειρίζονται τα smartphones ταχύτερα με το μυαλό τους από ό,τι θα μπορούσαν με τους αντίχειρές τους. Πρόσφατη έρευνα από το Πανεπιστήμιο του Τέξας έδειξε ότι συστήματα τεχνητής νοημοσύνης παρόμοια με το ChatGPT μπορούν ήδη να εκπαιδευτούν να ερμηνεύουν τα εγκεφαλικά κύματα σε περιορισμένο βαθμό.

Αλλά ίσως η πιο ενδιαφέρουσα πιθανή περίπτωση χρήσης για τις κοινότητες κρυπτονομισμάτων και blockchain προέρχεται από τη Microsoft. Διάφορα διπλώματα ευρεσιτεχνίας που κατατέθηκαν το 2018 και το 2019 περιγράφουν ένα σύστημα με το οποίο ένας φορητός "αισθητήρας" θα μπορούσε να κατασκευαστεί για να παρέχει "proof-of-work" για ανταμοιβές κρυπτονομισμάτων και εξόρυξη και επικύρωση blockchain.

Σύμφωνα με μία από τις καταθέσεις διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας:

Για παράδειγμα, ένα εγκεφαλικό κύμα ή η θερμότητα του σώματος που εκπέμπεται από τον χρήστη όταν ο χρήστης εκτελεί την εργασία που παρέχεται από έναν πάροχο πληροφοριών ή υπηρεσιών, όπως η προβολή διαφημίσεων ή η χρήση ορισμένων υπηρεσιών διαδικτύου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία εξόρυξης

Με ένα BCI όπως αυτό που περιγράφει η Neuralink στο αρχικό ερευνητικό της έγγραφο και ένα παράδειγμα όπως αυτό που περιγράφεται στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της Microsoft, θα πρέπει να είναι δυνατή η επικύρωση των εγκεφαλικών κυμάτων εγγενώς, καθιστώντας έτσι δυνατή την επαλήθευση της "απόδειξης εργασίας" μόνο μέσω της σκέψης.

Μια νέα εύκαμπτη, φορητή ιατρική συσκευή θα μπορούσε να δώσει σημαντική ώθηση στην καταπολέμηση των καρδιακών παθήσεων, της κύριας αιτίας θανάτου στις Ηνωμένες Πολιτείες. Μια ομάδα με επικεφαλής ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν ανέπτυξε ένα εξαιρετικά λεπτό, ελαφρύ ηλεκτρονικό τατουάζ, ή e-tattoo, που προσαρμόζεται στο στήθος για συνεχή, κινητή παρακολούθηση της καρδιάς εκτός κλινικού περιβάλλοντος. Περιλαμβάνει δύο αισθητήρες που μαζί παρέχουν μια σαφή εικόνα της υγείας της καρδιάς, δίνοντας στους κλινικούς γιατρούς περισσότερες πιθανότητες να εντοπίσουν νωρίς τις κόκκινες σημαίες για καρδιακές παθήσεις.

O Nanshu Lu, καθηγητής στο Τμήμα Αεροδιαστημικής και Μηχανικής Μηχανικής και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης δήλωσε 

Οι περισσότερες καρδιακές παθήσεις δεν είναι πολύ εμφανείς. Η βλάβη γίνεται στο παρασκήνιο και δεν το γνωρίζουμε καν. Αν μπορούμε να έχουμε συνεχή, κινητή παρακολούθηση στο σπίτι, τότε μπορούμε να κάνουμε έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία, και αν αυτό μπορεί να γίνει, το 80% των καρδιακών παθήσεων μπορεί να προληφθεί

Η μελέτη δημοσιεύεται στο Advanced Electronic Materials.

Ως συνέχεια ενός προηγούμενου έργου ηλεκτρονικού τατουάζ στο στήθος, αυτή η νέα έκδοση είναι ασύρματη και κινητή, η οποία ενεργοποιείται από μια σειρά μικρών ενεργών κυκλωμάτων και αισθητήρων προσεκτικά τοποθετημένων και συνδεδεμένων με ελαστικές διασυνδέσεις και προσαρμόζεται στο στήθος μέσω ενός ιατρικού επιδέσμου. Οι διαφανείς συσκευές είναι πολύ λιγότερο παρεμβατικές από άλλα συστήματα παρακολούθησης και πιο άνετες για τους ασθενείς. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει μια έτοιμη λύση για μακροπρόθεσμη, άνετη παρακολούθηση εκτός του κλινικού περιβάλλοντος. Οι κλινικοί γιατροί μπορούν να κάνουν εξετάσεις στους ασθενείς όταν τους επισκέπτονται, αλλά μπορεί να μην εντοπίσουν κάποια καρδιακά προβλήματα επειδή τα σημάδια της νόσου δεν είναι παρόντα εκείνη τη στιγμή. Το ηλεκτρονικό τατουάζ ζυγίζει μόνο 2,5 γραμμάρια και λειτουργεί με μια μπαταρία στο μέγεθος ενός δεκάλεπτου. Η μπαταρία έχει διάρκεια ζωής πάνω από 40 ώρες και μπορεί εύκολα να αλλαχθεί από τον χρήστη. Παρέχει δύο βασικές μετρήσεις της καρδιάς. Το ηλεκτροκαρδιογράφημα, ή ΗΚΓ, είναι το ηλεκτρικό σήμα από την καρδιά. Και το σεισμοκαρδιογράφημα, ή SCG, είναι το ακουστικό σήμα από την καρδιά που προέρχεται από τις καρδιακές βαλβίδες. Το ΗΚΓ μπορεί να μετρηθεί από κινητές συσκευές, όπως ένα Apple Watch. Και το SCG μπορεί να παρακολουθείται μέσω στηθοσκοπίου. Αλλά δεν υπάρχει καμία λύση για κινητά που να προσεγγίζει ένα στηθοσκόπιο ή να λαμβάνει και τις δύο μετρήσεις. O Nanshu Lu δήλωσε ότι

Αυτές οι δύο μετρήσεις, η ηλεκτρική και η μηχανική, μαζί μπορούν να παρέχουν μια πολύ πιο ολοκληρωμένη και πλήρη εικόνα για το τι συμβαίνει με την καρδιά. Υπάρχουν πολλά περισσότερα χαρακτηριστικά της καρδιάς που θα μπορούσαν να εξαχθούν από τα δύο συγχρονισμένα μετρούμενα σήματα με μη επεμβατικό τρόπο

Η παρακολούθηση αυτών των δύο παραγόντων και ο συγχρονισμός τους καθιστά δυνατή τη μέτρηση των καρδιακών χρονικών διαστημάτων, τα οποία αποτελούν σημαντικό δείκτη καρδιακών παθήσεων και άλλων προβλημάτων. Οι ερευνητές έχουν ήδη δοκιμάσει τη συσκευή σε πέντε υγιείς ασθενείς στο καθημερινό τους περιβάλλον, με χαμηλό ποσοστό σφάλματος στις μετρήσεις σε σύγκριση με τις διαθέσιμες σήμερα επιλογές παρακολούθησης. Το επόμενο βήμα περιλαμβάνει περαιτέρω δοκιμές και επικύρωση των αρχικών αποτελεσμάτων και επέκταση σε διαφορετικούς τύπους ασθενών.

Το έργο αυτό προέκυψε από μια πολυπανεπιστημιακή σύμπραξη ερευνητών που έλαβαν επιχορήγηση το 2021 από το πρόγραμμα ASCENT του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών για τη μελέτη της τεχνολογίας του ηλεκτρονικού τατουάζ στο στήθος. Η Lu και η ομάδα της έχουν βελτιώσει και προσαρμόσει την τεχνολογία e-tattoo για τη μέτρηση πολλαπλών σημείων του σώματος με την πάροδο των ετών, όπως η παλάμη, και διαφορετικών παθήσεων, όπως η πνευμονία. Η ομάδα του προγράμματος αποτελείται από τους Sarnab Bhattacharya και Philip Tan του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Chandra- Alec Alden του Τμήματος Βιοϊατρικής Μηχανικής- Sangjun Kim του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών Walker, Hirofumi Tanaka, Edward Coyle, Jieting Wang και Taha Alhalimi του Τμήματος Κινησιολογίας και Αγωγής Υγείας του Κολλεγίου Παιδαγωγικής- Mohammad Nikbakht και Omer Inan της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Γεωργίας- Pulin Wang της εταιρείας Stretch Med Inc. του Austin.και Animesh Tandon του Παιδιατρικού Ινστιτούτου της Cleveland Clinic Children's.

Ένα μαλακό ηλεκτρονικό δέρμα θα μπορούσε να επιτρέψει στα άτομα με προσθετικά να αισθάνονται την πίεση και τη θερμοκρασία, βοηθώντας τα να αλληλεπιδρούν ευκολότερα με το περιβάλλον τους. Λεπτό και ελαστικό όπως το κανονικό δέρμα, το ηλεκτρονικό δέρμα κολλάει σε επιφάνειες σαν τσιρότο. Περιέχει αισθητήρες για τη μέτρηση της εξωτερικής θερμοκρασίας και πίεσης, τους οποίους στέλνει σε ένα εμφυτευμένο ηλεκτρόδιο στον εγκέφαλο με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων. Αυτά τα σήματα ποικίλλουν σε συχνότητα για να βοηθήσουν τον εγκέφαλο να διακρίνει τη διαφορά μεταξύ αισθήσεων όπως ένα απαλό άγγιγμα και μια σφιχτή χειραψία, μια φράουλα και ένα μήλο ή ζεστό και κρύο. 

Δημιουργήθηκε από ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, οι οποίοι εμφύτευσαν μαλακά ηλεκτρόδια e-skin στον εγκέφαλο αρουραίων και κατέγραψαν ηλεκτρικά σήματα από τον κινητικό φλοιό των ζώων, την περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για την εκτέλεση εκούσιων κινήσεων. Τα ζώα συσπούσαν τα πόδια τους σε απόκριση σε διαφορετικά επίπεδα πίεσης που κατέγραφε ο εγκέφαλος, ανάλογα με την ένταση της συχνότητας διέγερσης, αποδεικνύοντας ότι το e-skin ήταν σε θέση να ανιχνεύει διαφορετικά επίπεδα πίεσης με τον ίδιο τρόπο που μπορούν να κάνουν κανονικά τα ζώα και οι άνθρωποι.  Η ομάδα λέει ότι η εργασία αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερα αποτελέσματα στη προσθετική και θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία ρομπότ που μπορούν να αντιλαμβάνονται αισθήσεις που μοιάζουν με τις ανθρώπινες. Η έρευνα δημοσιεύεται σε άρθρο στο Science σήμερα. 

Το όνειρό μας είναι να φτιάξουμε ένα ολόκληρο χέρι όπου θα έχουμε πολλαπλούς αισθητήρες που θα μπορούν να αισθάνονται την πίεση, την πίεση, τη θερμοκρασία και τη δόνηση. Τότε θα είμαστε σε θέση να παρέχουμε ένα πραγματικό είδος αίσθησης

λέει ο Zhenan Bao, καθηγητής χημικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, ο οποίος εργάστηκε στο έργο.

Η έλλειψη αισθητηριακής ανατροφοδότησης είναι ένας από τους κύριους λόγους για τους οποίους οι άνθρωποι σταματούν να φορούν μια πρόθεση, καθώς μπορεί να αφήσει τους χρήστες να αισθάνονται απογοητευμένοι. Παρόλο που προηγούμενες ηλεκτρονικές επιδερμίδες χρησιμοποιούσαν μαλακούς αισθητήρες για να αισθάνονται την αφή, ήταν αναγκασμένες να βασίζονται σε άκαμπτα εξωτερικά εξαρτήματα για τη μετατροπή τους σε μετρήσιμα ηλεκτρονικά σήματα. Τέτοια συστήματα τείνουν να περιορίζουν τους ανθρώπους από το να κινούνται φυσικά. Αυτή η νέα ηλεκτρονική επιδερμίδα είναι εντελώς μαλακή, γεγονός που θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποφυγή αυτού του προβλήματος.

Το γεγονός ότι το e-skin είναι λεπτό και μαλακό και καταναλώνει λίγη ενέργεια, το καθιστά μια συναρπαστική προοπτική για τους ανθρώπους που εργάζονται στον τομέα της προσθετικής, λέει ο Silvestro Micera, αναπληρωτής καθηγητής νευρικής μηχανικής στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας, ο οποίος δεν εργάστηκε στο έργο.  "Πρέπει να το δούμε ενσωματωμένο σε μια πραγματική πρόθεση", λέει. "Αυτό είναι σαφώς το επόμενο βήμα".

Για έναν μηχανικό, λίγα ανθρώπινα όργανα είναι πιο ελκυστικά από την ανθρώπινη καρδιά. Οι θάλαμοί της λειτουργούν σε τέλεια αρμονία- τα υλικά της είναι εύκαμπτα, αλλά συστέλλονται κατά παραγγελία- το σχήμα και η κίνησή της είναι τέλεια συντονισμένα ώστε να συμπιέζουν αποτελεσματικά τα υγρά σε ολόκληρο το σώμα. Είναι ένα δομικό θαύμα - όταν όμως κάτι πάει στραβά μέσα σε αυτή τη δομή, η εγγενής πολυπλοκότητά της καθιστά τη διόρθωσή της πραγματική πρόκληση. Ως αποτέλεσμα, χιλιάδες νεαροί ασθενείς με εκ γενετής καρδιακές διαταραχές πρέπει να αντιμετωπίζουν την ασθένειά τους για μια ολόκληρη ζωή.

"Οι παιδιατρικές καρδιοπάθειες είναι μία από τις πιο συχνές μορφές συγγενών γενετικών ανωμαλιών στις ΗΠΑ", λέει ο Mark Skylar-Scott, επίκουρος καθηγητής εμβιομηχανολογίας στις σχολές Μηχανικής και Ιατρικής. "Είναι πραγματικά δύσκολο για τις οικογένειες. Υπάρχουν τρόποι να παραταθεί η ζωή των παιδιών με χειρουργική επέμβαση, αλλά πολλά παιδιά υποφέρουν από περιορισμούς στη δραστηριότητα και ζουν μια ζωή γεμάτη αβεβαιότητα. Για να έχουμε μια πραγματικά θεραπευτική λύση, θα πρέπει με κάποιο τρόπο να αντικαταστήσουμε τον κατεστραμμένο ή παραμορφωμένο ιστό". Σε αυτό το σημείο έρχεται ο Skylar-Scott. Εργάζεται πάνω σε νέους τρόπους προσέγγισης των συγγενών καρδιακών παθήσεων, κατασκευάζοντας στο εργαστήριο τεχνητούς καρδιακούς ιστούς.

Χρειάζονται πολύ περισσότερα από την απλή καλλιέργεια κυττάρων σε ένα πιάτο, σημειώνει. Οι περισσότερες υπάρχουσες τεχνικές σπέρνουν καρδιακά κύτταρα ή βλαστικά κύτταρα σε ένα προσωρινό "ικρίωμα": μια πορώδη, σπογγώδη ουσία που μπορεί να τα συγκρατήσει στη θέση τους μέσα σε τρεις διαστάσεις. Αν και αυτή η μέθοδος επιτρέπει στους ερευνητές να αναπτύσσουν εργαστηριακούς ιστούς, είναι πραγματικά πρακτική μόνο για εξαιρετικά λεπτά στρώματα κυττάρων.

Εάν έχετε μια δομή που έχει πάχος μόνο μερικών κυττάρων, μπορείτε να βάλετε τα κύτταρα στη σωστή θέση. Αλλά αν προσπαθήσετε να αναπτύξετε κάτι που έχει πάχος ενός εκατοστού, γίνεται πραγματικά δύσκολο να τοποθετήσετε κύτταρα στα σωστά σημεία για να αναπτυχθεί ιστός. Γίνεται πραγματική πρόκληση να τα διατηρήσεις ζωντανά, να τους δώσεις τα σωστά θρεπτικά συστατικά ή να τους φέρεις αγγεία

λέει ο Skylar-Scott. Τα ανθρώπινα όργανα δεν είναι επίσης μονολιθικές μπάλες κυττάρων, προσθέτει. Το καθένα αποτελείται από πολύπλοκα στρώματα πολλαπλών τύπων κυττάρων, με αποτέλεσμα να δημιουργείται τρισδιάστατη δομή που είναι απίστευτα δύσκολο να αναπαραχθεί.

Εκτύπωση οργανοειδών
Για να παρακάμψουν αυτό το γεγονός, ο Skylar-Scott και η ομάδα του εργάζονται πάνω σε μια τολμηρή νέα οπτική γωνία για την ανάπτυξη οργάνων. Χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές τρισδιάστατης εκτύπωσης, κατασκευάζουν παχείς ιστούς ένα στρώμα τη φορά, τοποθετώντας τον ακριβή τύπο κυττάρων που χρειάζονται στα σωστά σημεία, όπως ένας πύργος που υψώνεται από ένα πλέγμα προσεκτικά τοποθετημένων τούβλων. Αυτού του είδους η μέθοδος κατασκευής, σημειώνει, λειτουργεί καλά για την αναπαραγωγή πολύπλοκων ιστών όπως η καρδιά, όπου η τρισδιάστατη μορφή έχει μεγάλη σημασία για τη λειτουργία της.

Όσο ελπιδοφόρα και αν είναι, η τρισδιάστατη εκτύπωση με κύτταρα συνοδεύεται από ορισμένες βαθιές και ακανθώδεις προκλήσεις. Σε αντίθεση με το πλαστικό νήμα, το οποίο οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές γενικής χρήσης μπορούν να θερμαίνουν και να συμπιέζουν σε μυριάδες σχήματα, τα κύτταρα είναι ζωντανά. Είναι μαλακά, ατελή και απογοητευτικά εύθραυστα, λέει ο Skylar-Scott.

Αν προσπαθήσετε να τοποθετήσετε ένα μόνο κύτταρο κάθε φορά, η εκτύπωση ενός ήπατος ή μιας καρδιάς θα μπορούσε να πάρει εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια. Ακόμη και αν κάνετε 1.000 κύτταρα ανά δευτερόλεπτο, θα πρέπει να τοποθετήσετε πολλά δισεκατομμύρια κύτταρα για να πάρετε ένα όργανο. Αν κάνετε τα μαθηματικά, αυτό δεν φαίνεται πολύ ωραίο για μια κλιμακούμενη διαδικασία

Αντ' αυτού, ο Skylar-Scott και το εργαστήριό του εργάζονται για την επιτάχυνση της διαδικασίας εκτύπωσης, τοποθετώντας πυκνές συστάδες κυττάρων που ονομάζονται "οργανοειδή". Η ομάδα δημιουργεί αυτές τις μάζες τοποθετώντας γενετικά τροποποιημένα βλαστικά κύτταρα σε φυγόκεντρο, το οποίο δημιουργεί μια ουσία που μοιάζει με πάστα. Χρησιμοποιώντας αυτό το παρασκεύασμα, είναι σε θέση να εκτυπώσουν έναν μεγάλο αριθμό κυττάρων ταυτόχρονα σε μια ζελατινώδη τρισδιάστατη δομή. "Ουσιαστικά καθορίζουμε τη δομή μεγάλης κλίμακας ενός οργάνου εκτυπώνοντας αυτά τα οργανοειδή", λέει.

Προγραμματισμός κυττάρων
Η τοποθέτηση των βλαστικών κυττάρων στη θέση τους είναι όμως μόνο το πρώτο βήμα. Μόλις εκτυπωθούν, οι ερευνητές πρέπει με κάποιον τρόπο να τα πείσουν να διαφοροποιηθούν σε πιο συγκεκριμένους κυτταρικούς τύπους, σχηματίζοντας ένα πολυστρωματικό σύμπλεγμα ομάδων κυττάρων εργασίας που μοιάζουν με υγιή ιστό οργάνου. Για να επιτευχθεί αυτό, η Skylar-Scott ουσιαστικά λούζει τα βλαστικά κύτταρα σε ένα χημικό κοκτέιλ.

"Κάθε σειρά βλαστικών κυττάρων που αναπτύσσουμε είναι γενετικά τροποποιημένη ώστε να ανταποκρίνεται σε ένα συγκεκριμένο φάρμακο", σημειώνει. "Μόλις αντιληφθούν αυτό το φάρμακο, διαφοροποιούνται σε συγκεκριμένους κυτταρικούς τύπους". Ορισμένα κύτταρα προγραμματίζονται να γίνουν καρδιομυοκύτταρα, τα καρδιακά κύτταρα που αποτελούν τον βασικό λειτουργικό ιστό μέσα στην καρδιά. Άλλα καθοδηγούνται να γίνουν στρωματικά κύτταρα, τα οποία συνδέουν τους ιστούς μεταξύ τους.

Ο Skylar-Scott δοκιμάζει τους εκτυπωμένους ιστούς του σε έναν βιοαντιδραστήρα, ένα δοχείο περίπου στο μέγεθος ενός smartphone που βοηθά να διατηρηθούν τα εκτυπωμένα κύτταρα ζωντανά. Μέσα σε αυτόν, η ομάδα του κατάφερε να αναπτύξει μια τυπωμένη δομή που μοιάζει με όργανο: έναν σωλήνα μήκους περίπου 2 ιντσών και διαμέτρου μισού εκατοστού. Όπως μια φλέβα μέσα στο ανθρώπινο σώμα, αυτή η μικροσκοπική συσκευή θα μπορούσε να "αντλεί" από μόνη της, συστέλλοντας και διαστέλλοντας για να μεταφέρει υγρό μέσα από τον εαυτό της.

"Αν μπορέσουμε να αναπτύξουμε περισσότερους ιστούς σαν κι αυτόν, ίσως έχουμε ένα αξιοπρεπές σημείο στα μισά του δρόμου για την κατασκευή κάτι που θα μπορεί να εμφυτευτεί στο ανθρώπινο σώμα", λέει ο Skylar-Scott. "Για παράδειγμα, για τους ασθενείς που γεννιούνται με μία μόνο κοιλία, υπάρχει μόνο ένας θάλαμος στην καρδιά που μπορεί να ωθήσει το αίμα μέσα στο σώμα και τους πνεύμονες - γεγονός που επιβαρύνει πολύ το καρδιαγγειακό σύστημα και προκαλεί υψηλή αρτηριακή πίεση που μπορεί να δημιουργήσει βλάβες στα όργανα. Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να λειτουργήσει ως μια βιολογική συσκευή άντλησης για να βοηθήσει το αίμα να πηγαίνει προς και από την καρδιά", λέει.

Κλιμάκωση
Ο Skylar-Scott σπεύδει να σημειώσει ότι η εκτύπωση μιας μεγαλύτερης δομής, όπως ένας λειτουργικός θάλαμος για να μεταμοσχευθεί σε μια υπάρχουσα καρδιά, είναι ακόμη μακριά. Η δημιουργία αυτού του είδους θα σήμαινε την καλλιέργεια κάτι περισσότερο από 16 φορές μεγαλύτερου μεγέθους από την πειραματική "φλεβική αντλία" του εργαστηρίου του. Προκειμένου να παραχθεί κάτι που να πλησιάζει έστω και σε αυτό το μέγεθος -ή ακόμα καλύτερα, ένα ολόκληρο νέο όργανο- το εργαστήριό του θα πρέπει να αυξήσει την παραγωγή κυττάρων σε τεράστια κλίμακα.

Η κλιμάκωση θα είναι η πρόκληση της γενιάς μας. Αυτή τη στιγμή, χρειάζεται ένας μήνας για να αναπτυχθούν αρκετά κύτταρα ώστε να εκτυπωθεί κάτι μικροσκοπικό. Είναι επίσης εξαιρετικά ακριβό να γίνει - κάθε δοκιμή αντιπροσωπεύει δεκάδες χιλιάδες δολάρια. Πρέπει να βρούμε τρόπους να κατασκευάσουμε κύτταρα ώστε να γίνουν πιο ανθεκτικά και φθηνότερα στην ανάπτυξή τους, ώστε να μπορέσουμε να αρχίσουμε να εξασκούμαστε και να τελειοποιούμε αυτή τη μέθοδο. Μόλις δημιουργηθεί ο αγωγός για νέα κύτταρα, νομίζω ότι θα αρχίσουμε να βλέπουμε απίστευτη πρόοδο

Ωστόσο, αυτό θα σημαίνει κάτι περισσότερο από την κατασκευή ενός μεγαλύτερου εκτυπωτή. Από πολλές απόψεις, το θέμα είναι τα ίδια τα κύτταρα και η κλιμάκωση της παρασκευής τους.

Η Apple έχει σημειώσει αξιοσημείωτη πρόοδο στην τεχνολογία μη επεμβατικής παρακολούθησης της γλυκόζης στο αίμα, σύμφωνα με νέα έκθεση του Mark Gurman του Bloomberg. Σχεδιασμένη ως μελλοντική λειτουργία του Apple Watch, η Apple θέλει να χρησιμοποιήσει τη λειτουργία για να επιτρέπει στους διαβητικούς και όχι μόνο, να ελέγχουν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα τους χωρίς να χρειάζεται να τρυπηθούν.

Για τον έλεγχο των επιπέδων γλυκόζης χωρίς αίμα, η Apple αναπτύσσει ένα φωτονικό τσιπ πυριτίου (silicon photonics chip) που χρησιμοποιεί φασματοσκοπία οπτικής απορρόφησης για να φωτίζει με φως από λέιζερ κάτω από το δέρμα και να προσδιορίζει τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο σώμα. Η τεχνολογία βρίσκεται σε στάδιο "απόδειξης της έννοιας" (proof-of-concept) που είναι βιώσιμη, αλλά πρέπει να συμπυκνωθεί σε μέγεθος που να μπορεί να χωρέσει σε ένα φορητό αντικείμενο. Προς το παρόν, η πρωτότυπη συσκευή έχει μέγεθος παρόμοιο με αυτό ενός iPhone και μπορεί να προσαρτηθεί στο χέρι ενός ατόμου. Αυτή η έκδοση είναι ακόμα μικρότερη από μια προηγούμενη έκδοση που ήταν αρκετά μεγάλη ώστε να απαιτεί επιτραπέζια επιφάνεια.

Η TSMC ανέπτυξε το κύριο τσιπ για την τροφοδοσία του πρωτοτύπου, αλλά η Apple συνεργάστηκε προηγουμένως με τη Rockley Photonics για τη δημιουργία αισθητήρων και τσιπ για την παρακολούθηση της γλυκόζης. Η Rockley Photonics το 2021 παρουσίασε ένα ψηφιακό σύστημα αισθητήρων που, όπως είπε, μπορούσε να παρακολουθεί τη θερμοκρασία του σώματος, την αρτηριακή πίεση, τις τάσεις της γλυκόζης, την ενυδάτωση, το αλκοόλ, το γαλακτικό και άλλα. Η Rockley Photonics κατέστησε σαφές ότι η Apple ήταν ο μεγαλύτερος πελάτης της στις κανονιστικές καταθέσεις, αλλά η Apple τελικά τερμάτισε τη σχέση.

Η Apple έχει εκατοντάδες μηχανικούς στο Exploratory Design Group (XDG) που εργάζονται στο έργο, αλλά η τεχνολογία απέχει ακόμη χρόνια. Σύμφωνα με το Bloomberg, το XDG μοιάζει με το πρόγραμμα έρευνας και ανάπτυξης X της Google και είναι το πιο μυστικοπαθές εγχείρημα της Apple. Η Apple έχει δαπανήσει εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια για την ανάπτυξη μη επεμβατικής παρακολούθησης της γλυκόζης. Η Apple ξεκίνησε αρχικά τις εργασίες για την εναλλακτική παρακολούθηση της γλυκόζης μετά την αγορά της RareLight το 2010 υπό τις οδηγίες του Steve Jobs. Για πολλά χρόνια, η Apple χρησιμοποίησε μια νεοσύστατη επιχείρηση με την ονομασία Avolante Health LLC για να εργαστεί αθόρυβα στο έργο σε μια μυστική εγκατάσταση πριν αυτό μεταφερθεί στο XDG.

Η τεχνολογία ανίχνευσης γλυκόζης κάτω από το δέρμα υποβάλλεται σε δοκιμές σε ανθρώπους τα τελευταία 10 χρόνια, με την Apple να χρησιμοποιεί μια ομάδα δοκιμών ατόμων που έχουν προδιαβήτη και διαβήτη τύπου 2, καθώς και άτομα που δεν έχουν διαγνωστεί ως διαβητικοί. Η Apple θέλει να είναι σε θέση να προειδοποιεί τους ανθρώπους εάν είναι προδιαβητικοί, επιτρέποντας αλλαγές στον τρόπο ζωής πριν αναπτυχθεί ο πλήρης διαβήτης. Η ρυθμιστική ομάδα της Apple διεξάγει πρώιμες συζητήσεις σχετικά με τη λήψη κυβερνητικής έγκρισης για την τεχνολογία.

Ερευνητές "χάκαραν" τα πρώτα στάδια της φωτοσύνθεσης, της φυσικής μηχανής που τροφοδοτεί τη συντριπτική πλειοψηφία της ζωής στη Γη, και ανακάλυψαν νέους τρόπους για την εξαγωγή ενέργειας από τη διαδικασία, ένα εύρημα που θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέους τρόπους παραγωγής καθαρών καυσίμων και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Μια διεθνής ομάδα φυσικών, χημικών και βιολόγων, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Cambridge, κατάφερε να μελετήσει τη φωτοσύνθεση - τη διαδικασία με την οποία τα φυτά, τα φύκια και ορισμένα βακτήρια μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ενέργεια - σε ζωντανά κύτταρα σε υπερταχεία χρονική κλίμακα: ένα εκατομμυριοστό του εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Παρά το γεγονός ότι πρόκειται για μια από τις πιο γνωστές και καλά μελετημένες διαδικασίες στη Γη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η φωτοσύνθεση έχει ακόμη μυστικά να πει. Χρησιμοποιώντας υπερταχείες φασματοσκοπικές τεχνικές για τη μελέτη της κίνησης της ενέργειας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι χημικές ουσίες που μπορούν να αποσπάσουν ηλεκτρόνια από τις μοριακές δομές που είναι υπεύθυνες για τη φωτοσύνθεση το κάνουν στα αρχικά στάδια, και όχι πολύ αργότερα, όπως πιστεύαμε προηγουμένως.

Αυτή η "επανασύνδεση" της φωτοσύνθεσης θα μπορούσε να βελτιώσει τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζει την περίσσεια ενέργειας και να δημιουργήσει νέους και πιο αποτελεσματικούς τρόπους χρήσης της ενέργειάς της. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στο περιοδικό Nature.

"Δεν γνωρίζαμε τόσα πολλά για τη φωτοσύνθεση όσα νομίζαμε ότι γνωρίζαμε, και η νέα οδός μεταφοράς ηλεκτρονίων που βρήκαμε εδώ είναι εντελώς εκπληκτική", δήλωσε η Dr Jenny Zhang από το Τμήμα Χημείας Yusuf Hamied του Cambridge, η οποία συντόνισε την έρευνα.

Ενώ η φωτοσύνθεση είναι μια φυσική διαδικασία, οι επιστήμονες μελετούν επίσης πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης, μιμούμενοι τις διαδικασίες φωτοσύνθεσης για την παραγωγή καθαρών καυσίμων από το ηλιακό φως και το νερό, για παράδειγμα.

Η Zhang και οι συνάδελφοί της αρχικά προσπαθούσαν να κατανοήσουν γιατί ένα μόριο σε σχήμα δακτυλίου που ονομάζεται κινόνη (quinone) είναι σε θέση να "κλέβει" ηλεκτρόνια από τη φωτοσύνθεση. Οι κινόνες είναι κοινές στη φύση και μπορούν να δέχονται και να δίνουν εύκολα ηλεκτρόνια. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται φασματοσκοπία υπερταχείας παροδικής απορρόφησης για να μελετήσουν πώς συμπεριφέρονται οι κινόνες στα φωτοσυνθετικά κυανοβακτήρια.

"Κανείς δεν είχε μελετήσει σωστά πώς αυτό το μόριο αλληλεπιδρά με τον φωτοσυνθετικό μηχανισμό σε ένα τόσο πρώιμο σημείο της φωτοσύνθεσης: νομίζαμε ότι απλώς χρησιμοποιούσαμε μια νέα τεχνική για να επιβεβαιώσουμε αυτό που ήδη γνωρίζαμε", δήλωσε η Zhang. "Αντ' αυτού, βρήκαμε ένα εντελώς νέο μονοπάτι και ανοίξαμε λίγο περισσότερο το μαύρο κουτί της φωτοσύνθεσης".

Χρησιμοποιώντας υπερταχεία φασματοσκοπία για να παρακολουθούν τα ηλεκτρόνια, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το πρωτεϊνικό ικρίωμα όπου λαμβάνουν χώρα οι αρχικές χημικές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης είναι "τρύπιο", επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια να διαφεύγουν. Αυτή η διαρροή θα μπορούσε να βοηθήσει τα φυτά να προστατευτούν από ζημιές από έντονο ή ταχέως μεταβαλλόμενο φως.

"Η φυσική της φωτοσύνθεσης είναι σοβαρά εντυπωσιακή", δήλωσε ο συν-πρώτος συγγραφέας Dr Tomi Baikie, από το εργαστήριο Cavendish του Cambridge "Κανονικά, εργαζόμαστε σε εξαιρετικά διατεταγμένα υλικά, αλλά η παρατήρηση της μεταφοράς φορτίου μέσω των κυττάρων ανοίγει αξιοσημείωτες ευκαιρίες για νέες ανακαλύψεις σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας της φύσης".

"Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια από τη φωτοσύνθεση είναι διασκορπισμένα σε όλο το σύστημα, αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να έχουμε πρόσβαση σε αυτά", δήλωσε η συν-πρώτη συγγραφέας Dr Laura Wey, η οποία έκανε την εργασία στο Τμήμα Βιοχημείας και τώρα βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο του Turku της Φινλανδίας. "Το γεγονός ότι δεν γνωρίζαμε ότι υπήρχε αυτή η οδός είναι συναρπαστικό, διότι θα μπορούσαμε να την αξιοποιήσουμε για να εξάγουμε περισσότερη ενέργεια για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας".

Οι ερευνητές λένε ότι η δυνατότητα εξαγωγής φορτίων σε ένα προηγούμενο σημείο της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, θα μπορούσε να καταστήσει τη διαδικασία πιο αποτελεσματική κατά τον χειρισμό των φωτοσυνθετικών μονοπατιών για την παραγωγή καθαρών καυσίμων από τον ήλιο. Επιπλέον, η ικανότητα ρύθμισης της φωτοσύνθεσης θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι καλλιέργειες θα μπορούσαν να γίνουν πιο ικανές να αντέξουν την έντονη ηλιακή ακτινοβολία.

"Πολλοί επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να εξάγουν ηλεκτρόνια από ένα προηγούμενο σημείο της φωτοσύνθεσης, αλλά είπαν ότι δεν ήταν δυνατό, επειδή η ενέργεια είναι τόσο θαμμένη στο πρωτεϊνικό σκελετό", δήλωσε η Zhang. "Το γεγονός ότι μπορούμε να τα κλέψουμε σε μια προγενέστερη διαδικασία είναι εντυπωσιακό. Στην αρχή νομίζαμε ότι κάναμε λάθος: μας πήρε λίγο χρόνο για να πειστούμε ότι τα καταφέραμε".

Το κλειδί για την ανακάλυψη ήταν η χρήση της υπερταχείας φασματοσκοπίας, η οποία επέτρεψε στους ερευνητές να παρακολουθήσουν τη ροή της ενέργειας στα ζωντανά φωτοσυνθετικά κύτταρα σε κλίμακα femtosecond - ένα χιλιοστό του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

"Η χρήση αυτών των υπερταχέων μεθόδων μας επέτρεψε να κατανοήσουμε περισσότερα για τα πρώιμα γεγονότα της φωτοσύνθεσης, από τα οποία εξαρτάται η ζωή στη Γη", δήλωσε ο συν-συγγραφέας καθηγητής Christopher Howe από το Τμήμα Βιοχημείας.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Συμβούλιο Ερευνών Μηχανικής και Φυσικών Επιστημών (EPSRC) και το Συμβούλιο Ερευνών Βιοτεχνολογίας και Βιολογικών Επιστημών (BBSRC), αμφότερα μέρος της Έρευνας και Καινοτομίας του Ηνωμένου Βασιλείου (UKRI), το Πρόγραμμα Winton για τη Φυσική της Αειφορίας στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, το Cambridge Commonwealth, το European & International Trust, καθώς και το πρόγραμμα έρευνας και καινοτομίας "Horizon 2020" της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Η Jenny Zhang είναι υπότροφος του David Phillips στο Τμήμα Χημείας Yusuf Hamied και μέλος του Corpus Christi College του Cambridge. Ο Tomi Baikie είναι NanoFutures Fellow στο Cavendish Laboratory, και μέλος του Lucy Cavendish College, Cambridge. Η Laura Wey είναι μεταδιδακτορική υπότροφος του Ιδρύματος Novo Nordisk στο Πανεπιστήμιο του Turku.

Baikie and Wey et al. ‘Photosynthesis re-wired on the pico-second timescale.’ Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05763-9

Ένας πρόσφατα ανακαλυφθείς αστεροειδής που έχει περίπου το μέγεθος μιας ολυμπιακής πισίνας έχει μια "μικρή πιθανότητα" να συγκρουστεί με τη Γη σε 23 χρόνια, με πιθανή σύγκρουση την Ημέρα του Αγίου Βαλεντίνου το 2046, σύμφωνα με το Γραφείο Συντονισμού Πλανητικής Άμυνας της NASA.

Ο αστεροειδής έχει 1 στις 625 πιθανότητες να προσκρούσει στη Γη, με βάση τις προβλέψεις δεδομένων της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, αν και το σύστημα Sentry του Jet Propulsion Laboratory της NASA, που παρακολουθεί πιθανές συγκρούσεις με ουράνια αντικείμενα, υπολόγισε τις πιθανότητες πιο κοντά στο 1 στις 560. 

Όμως ο διαστημικός βράχος - με την ονομασία 2023 DW - είναι το μόνο αντικείμενο στον κατάλογο κινδύνου της NASA που κατατάσσεται στο 1 στα 10 στην κλίμακα κινδύνου σύγκρουσης του Τορίνο, μια μετρική για την κατηγοριοποίηση του προβλεπόμενου κινδύνου σύγκρουσης ενός αντικειμένου με τη Γη. Όλα τα άλλα αντικείμενα κατατάσσονται στο 0 στην κλίμακα Torino.

Αν και το 2023 DW βρίσκεται στην κορυφή της λίστας, η κατάταξή του στο 1 σημαίνει μόνο ότι "η πιθανότητα σύγκρουσης είναι εξαιρετικά απίθανη χωρίς να υπάρχει λόγος για δημόσια προσοχή ή δημόσια ανησυχία", σύμφωνα με το Jet Propulsion Laboratory, ενώ η κατάταξη 0 σημαίνει ότι "η πιθανότητα σύγκρουσης είναι μηδενική ή είναι τόσο χαμηλή ώστε να είναι ουσιαστικά μηδενική".

"Αυτό το αντικείμενο δεν είναι ιδιαίτερα ανησυχητικό", δήλωσε ο Davide Farnocchia, μηχανικός πλοήγησης στο Jet Propulsion Laboratory στην Πασαντίνα της Καλιφόρνια.

Αξιωματούχοι της NASA έχουν προειδοποιήσει ότι οι πιθανότητες σύγκρουσης θα μπορούσαν να μεταβληθούν δραματικά καθώς θα συλλέγονται περισσότερες παρατηρήσεις του 2023 DW και θα γίνονται πρόσθετες αναλύσεις.

"Συχνά, όταν ανακαλύπτονται για πρώτη φορά νέα αντικείμενα, χρειάζονται αρκετές εβδομάδες δεδομένων για να μειωθούν οι αβεβαιότητες και να προβλεφθούν επαρκώς οι τροχιές τους για χρόνια στο μέλλον", σημείωσε την Τρίτη στο Twitter η NASA Asteroid Watch.

Ο αστεροειδής έχει διάμετρο περίπου 50 μέτρα, σύμφωνα με τα στοιχεία της NASA. Καθώς ο 2023 DW περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο, έχει 10 προβλεπόμενες κοντινές προσεγγίσεις στη Γη, με την πλησιέστερη προσγείωση στις 14 Φεβρουαρίου 2046 και άλλες εννέα μεταξύ 2047 και 2054. Η κοντινότερη απόσταση που αναμένεται να διανύσει ο αστεροειδής προς τη Γη είναι περίπου 1,8 εκατομμύρια χιλιόμετρα, σύμφωνα με τον ιστότοπο Eyes on Asteroids της NASA.

Ο διαστημικός βράχος εντοπίστηκε για πρώτη φορά στον ουρανό μας στις 2 Φεβρουαρίου. Ταξιδεύει περίπου 25 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο σε απόσταση πάνω από 18 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη, ολοκληρώνοντας έναν κύκλο γύρω από τον ήλιο κάθε 271 ημέρες.

Ο Farnocchia σημείωσε την επιτυχία της αποστολής DART της NASA, ή αλλιώς Double Asteroid Redirection Test, τον Σεπτέμβριο του 2022 ως απόδειξη ότι η ανθρωπότητα μπορεί να είναι προετοιμασμένη να αντιμετωπίσει διαστημικούς βράχους σε δυνητικά καταστροφικές πορείες. Η DART συνέκρουσε σκόπιμα ένα διαστημόπλοιο με έναν αστεροειδή για να αλλάξει την τροχιά του.

"Αυτός ακριβώς είναι ο λόγος για τον οποίο πετάξαμε αυτή την αποστολή", είπε, "και αυτή η αποστολή ήταν μια θεαματική επιτυχία".