Hoje, convidamos nossos leitores a olhar para o futuro. Falaremos sobre experimentos científicos que podem mudar nossas vidas para melhor nas próximas décadas. Muito em breve poderemos desfrutar dos frutos desta pesquisa científica.
A implantação de chips no corpo humano
Este dispositivo foi inventado no Centro de Pesquisa da NASA na Califórnia. É um nanotubo de carbono que pode ser implantado sob a pele.
Imagine uma microcápsula "inteligente", costurada no corpo humano, que injeta no sangue um remédio vital para um indivíduo, na hora certa e nas doses certas. Essa adaptação pode salvar centenas de milhares de pessoas doentes que precisam tomar medicamentos constantemente. Por exemplo, se células das ilhotas de Langerhans do pâncreas, que normalmente produzem insulina, são colocadas em nanotubos, elas podem ser usadas para tratar diabetes.
Uma das modificações de tal dispositivo está planejada para ser implantada em astronautas. A ideia é que os nanotubos contenham material biológico (células vivas) que reage, por exemplo, a um aumento da radiação de explosões solares e libera uma droga que protege o corpo do astronauta. As células nos nanotubos podem ser geneticamente modificadas para produzir as substâncias necessárias em resposta às mudanças ambientais.
Proteger uma pessoa da radiação pode, por exemplo, a proteína G-CSF - substância que já é usada na radioterapia de pacientes com câncer. Os nanotubos de carbono devem ter poros que permitem que as células cresçam e se dividam, e que os medicamentos sejam liberados no hospedeiro. As cápsulas agora estão sendo testadas em animais. Mas, em um futuro próximo, os cientistas farão experimentos com voluntários.
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Máquinas que absorvem dióxido de carbono da atmosfera
A futura mudança climática no planeta há muito é discutida em todos os níveis da sociedade. A principal causa do aquecimento global é o dióxido de carbono, que é produzido em grandes quantidades por plantas industriais e sistemas de transporte em todo o mundo. A empresa canadense Carbon Engineering espera fazer a diferença ao extrair quimicamente esse gás da atmosfera. O aparelho, inventado por especialistas da empresa, pode sugar o ar e passá-lo por uma solução de hidróxido. Como resultado disso, o dióxido de carbono se transforma em um sedimento de carbono sólido - dióxido de carbono. E já pode ser utilizado para fins industriais ou simplesmente enterrado no solo.
Esta máquina foi testada no ano passado e funcionou por 500 horas, extraindo dióxido de carbono do ar com sucesso. O próximo experimento durará vários milhares de horas. Os engenheiros estão interessados em como o dispositivo responderá a diferentes condições climáticas.
A empresa espera desenvolver um piloto comercial em 2013. Cada um dos módulos do aparelho se assemelhará a uma gigantesca torre de resfriamento de uma usina nuclear e será capaz de extrair 1 milhão de toneladas de dióxido de carbono da atmosfera por ano. Nossa civilização produz anualmente 30 bilhões de toneladas desse gás, ou seja, serão necessários 30 mil módulos para neutralizar completamente a influência do homem no clima do planeta.
Resolvendo o problema dos supercondutores
Supercondutores são o futuro da transmissão e armazenamento de eletricidade. Esses materiais têm resistência muito baixa, quase zero. Eles podem ser usados para fazer cabos e baterias para sistemas de energia. Mas o problema é que todos os supercondutores atualmente conhecidos o são apenas em temperaturas muito baixas: menos de -163 ° C. Portanto, eles devem ser refrigerados e bem isolados, o que por si só é muito caro. É necessário encontrar materiais supercondutores em altas temperaturas. E isso já está dentro da competência da física quântica e suas leis complexas relativas ao comportamento das partículas subatômicas. A solução para o problema está além do poder dos computadores modernos. Mas cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos desenvolveram um "estimulador quântico" - um sistema de computador queque ajudará os pesquisadores a planejar e estimular as interações entre as partículas quânticas e simplesmente ler as informações sobre os resultados dessas interações. Assim, será possível comparar supercondutores conhecidos com outros materiais e buscar um adequado entre eles.
Criação de um modelo unificado de todas as leis e fenômenos da física
O Modelo Padrão de Física de Partículas é atualmente o melhor sistema para entender o comportamento das partículas subatômicas da matéria. No entanto, não consegue explicar os fenômenos da gravidade e da expansão do Universo, ocorrendo em velocidade crescente. A criação de um único modelo que abrangerá todos os fenômenos físicos conhecidos na natureza será um avanço notável na ciência, comparável ao desenvolvimento da teoria quântica. Lasers, dispositivos microeletrônicos, relógios ultraprecisos agora funcionam com base na teoria quântica, códigos irrecuperáveis foram criados, ou seja, muitas coisas que nem sequer eram pensadas até que a teoria fosse formulada.
Como a realidade ao nosso redor pode se desviar das previsões do modelo padrão? A resposta aparecerá após experimentos realizados no Large Hadron Collider - um acelerador de partículas gigante. Ele trabalha com grandes energias. há uma colisão de partículas - prótons. A colisão de elétrons e pósitrons será mais promissora, já que neste experimento é possível definir e alterar a energia de cada colisão e estudar estados finais mais simples. Mas essas partículas não podem ser aceleradas em círculo, pois nesse caso darão sua energia em todas as direções. Este fenômeno é conhecido como radiação síncrotron. A solução está na superfície: você precisa acelerá-los em linha reta usando um acelerador linear. É exatamente essa estrutura que está planejada para ser erguida em um futuro próximo. Seu comprimento será de 50 quilômetros. Pode ser construído no Japão,América, Suíça ou Rússia.
Doença de Alzheimer em placas de Petri
Existem atualmente 26 milhões de pessoas com doença de Alzheimer no mundo. Isso é mais do que a população de toda a Austrália. Existem 800.000 desses pacientes no Reino Unido. Esses números devem dobrar até 2050. A causa da doença ainda é desconhecida e não existe um tratamento eficaz. Os pacientes podem melhorar apenas um pouco sua qualidade de vida. Para estudar a doença, são necessárias amostras do tecido cerebral de uma pessoa viva, mas por razões óbvias é impossível obtê-las. E, neste caso, não adianta fazer experimentos em animais, porque só as pessoas são suscetíveis a essa doença. Portanto, é difícil superestimar a importância do trabalho de dois grupos independentes de pesquisadores da Universidade de Cambridge e da Califórnia. Eles foram capazes de cultivar células cerebrais em laboratório e observar o desenvolvimento da doença de Alzheimer diretamente em placas de Petri. Consegui descobrirque a doença começa com um acúmulo gradual de pequenas anormalidades celulares. Os cientistas retiraram células da pele de pacientes em cuja família havia pacientes, das quais receberam células-tronco que podem se transformar em qualquer outra, por exemplo, células cerebrais. Eles estudam o efeito de várias substâncias a fim de encontrar meios de impedir o desenvolvimento da doença. Os pesquisadores esperam uma conclusão bem-sucedida do projeto nos próximos três a cinco anos.
Procure por civilizações extraterrestres
Desde 1995, quando a primeira estrela semelhante ao Sol com os planetas circundantes - 51 Pegasi e seu planeta Belerofonte - foi descoberta, os astrofísicos começaram a estudar cerca de 760 planetas para a existência de uma civilização neles. Acontece que esses planetas, que estão aproximadamente à mesma distância de seus sóis que a Terra de sua estrela, recebem muito menos luz e calor deles.
Astrofísico e professor da Universidade do Colorado, Webster Cash, propôs um dispositivo "regulador de estrelas" - uma espaçonave especial que pode bloquear a luz de uma estrela, permitindo que os instrumentos sensíveis do telescópio estudem qualquer planeta. Isso permitirá o exame espectroscópico da luz desses planetas para determinar sua composição química e a presença ou ausência de uma atmosfera. Você também pode descobrir se há vapor de água ao redor dos planetas. O biomarcador chave, ou seja, uma substância que fala da presença de vida, é o oxigênio. Isso é o que os pesquisadores estão tentando encontrar.
Desenvolvimento de novos motores para espaçonaves
Lançar uma espaçonave na órbita da Terra é uma tarefa bastante difícil. Nesse caso, a velocidade da espaçonave deve ser 25 vezes a velocidade do som. Isso requer um hulk de vários estágios com uma grande quantidade de combustível a bordo, que, se explodir acidentalmente, se parecerá com a explosão de uma pequena bomba nuclear. Além desse perigo, há também um problema financeiro. Esse vôo custa dezenas de milhares de dólares por quilograma de carga no foguete. Mas esse estado de coisas pode mudar em breve.
A empresa britânica Reaction Engines projetou uma nave espacial não tripulada reutilizável Skylon, desprovida das desvantagens acima. A chave para o sucesso deste projeto é o desenvolvimento de um motor espacial SABRE completamente novo que pode operar em dois modos: um motor a jato (turbina a gás) e um motor de foguete.
O principal combustível para isso é o hidrogênio, e o oxigênio é o agente oxidante. Durante a decolagem e a aterrissagem, o oxigênio entrará no motor diretamente da atmosfera. E depois de ir para o espaço, os tanques internos com o oxidante entrarão em ação. Os principais componentes do novo motor já foram criados e estão sendo preparados para testes extensivos. Em caso de sucesso e implementação do projeto, o custo de lançamento da espaçonave na órbita da Terra diminuirá em 15-50 vezes. A massa de carga máxima que o Skylon pode entregar ao espaço será de 12-15 toneladas para uma altitude de 300 quilômetros e 9,5-10,5 toneladas para uma altitude de 460 quilômetros.
Cultivando "supertrigo"
Para alimentar a população da Terra, são necessárias terras agrícolas com uma área do tamanho da América do Sul. Os cientistas estão tentando encontrar maneiras mais eficientes de obter alimentos. Especialistas do Wheat Yield Consortium acreditam que uma maneira de resolver esse problema é desenvolver o "supertrigo", uma planta modificada para produzir mais biomassa comestível. O objetivo do empreendimento é aumentar a produtividade em 50% ao longo de 25 anos. Mas como? Ao aumentar a eficiência da fotossíntese. A fotossíntese é um processo nas plantas para a formação de matéria orgânica a partir do dióxido de carbono e da água na luz com a participação de pigmentos fotossintéticos (clorofila nas plantas, bacterioclorofila e bacteriorodopsina nas bactérias). É planejado para aumentar a eficiência deste processo influenciando uma das enzimas,que é responsável pela primeira fase da fotossíntese - fixação de carbono. Aqui você pode usar métodos bioquímicos e genéticos. O projeto ainda é mal financiado, mas as primeiras experiências já começaram no México.
Criação de usinas nucleares seguras
Em 1954, a primeira usina nuclear do mundo foi construída em Obninsk. Desde então, a energia nuclear tem sido aclamada como uma fonte inesgotável de energia para o futuro. No entanto, após os eventos bem conhecidos em Chernobyl e Fukushima, ficou claro que essas usinas representam um grande perigo. Em conexão com este problema, está sendo desenvolvido um projeto denominado ITER (ITER) - o maior reator termonuclear do mundo, que agora está sendo construído na França por esforços conjuntos da União Europeia, Índia, China, Coreia do Sul, Rússia, Estados Unidos e Japão. Um reator termonuclear é muito mais seguro do que um reator nuclear em termos de radiação. A quantidade de substâncias radioativas usadas nele é relativamente pequena. A energia que pode ser liberada em um acidente também é pequena e não pode levar à destruição do reator. O design do reator é tal que existem barreiras naturais nele,prevenir a propagação de substâncias radioativas. No entanto, ao projetar o ITER, muita atenção foi dada à segurança contra radiação - tanto durante a operação normal quanto durante possíveis acidentes. A energia nele será produzida pela fusão dos núcleos de deutério e trítio (isótopos de hidrogênio com nêutrons extras). Este combustível é seguro, pois não há reação em cadeia ao usá-lo. Como resultado, nenhuma contaminação radioativa de longo prazo ocorre. Além disso, há muito deutério na água do mar e o trítio é facilmente obtido do lítio. A energia nele será produzida pela fusão dos núcleos de deutério e trítio (isótopos de hidrogênio com nêutrons extras). Este combustível é seguro, pois não há reação em cadeia ao usá-lo. Como resultado, nenhuma contaminação radioativa de longo prazo ocorre. Além disso, há muito deutério na água do mar e o trítio é facilmente obtido do lítio. A energia nele será produzida pela fusão dos núcleos de deutério e trítio (isótopos de hidrogênio com nêutrons extras). Este combustível é seguro, pois não há reação em cadeia ao usá-lo. Como resultado, nenhuma contaminação radioativa de longo prazo ocorre. Além disso, há muito deutério na água do mar e o trítio é facilmente obtido do lítio.
Máquinas que podem editar DNA
A possibilidade de mudar o DNA humano há muito tempo ocupa a mente de cientistas e médicos em todo o mundo. Desde que se soube da dependência de várias doenças da sequência do genoma de um organismo vivo, muitos estudos genéticos, de engenharia genética e bioquímicos foram realizados para desenvolver métodos de tratamento por meio de alterações no DNA. O início de muitas descobertas na biologia está associado às bactérias. Essas são criaturas relativamente simples, nas quais muitos processos fundamentais que ocorrem no corpo humano são representados. Já agora, com a ajuda deles, a síntese industrial de substâncias medicinais está sendo realizada. Para que os micróbios sirvam a uma pessoa da maneira que ela precisa, os cientistas aprenderam a fazer mudanças apropriadas em seu DNA. No entanto, esses experimentos exigem muito tempo, esforço e despesas e nem sempre são bem-sucedidos.
Em um futuro próximo, a empresa americana LS9 fornecerá à população combustível barato, remédios e, talvez, até comida. Tudo isso será produzido em biorreatores com base em matérias-primas baratas - vários resíduos orgânicos, aparas de madeira e assim por diante. Um dos líderes do projeto, George Church, junto com seus colegas, desenvolveu uma nova abordagem para obter microrganismos com as propriedades necessárias. A nova tecnologia é denominada MAGE (Multiplex-automatic genomic engineering), ou seja, “multiplex-automatic genomic engineering”. É baseado em um novo dispositivo que pode muito bem ser chamado de "máquina de evolução".
Ele permite fazer 50 alterações no DNA bacteriano ao mesmo tempo, ou seja, verificar 50 variantes em um experimento. E quando a escolha é tão grande, é mais fácil e rápido encontrar o que você precisa. Os cientistas estão agora procurando por micróbios "combustíveis" que sintetizarão várias misturas de hidrocarbonetos, semelhante em composição ao combustível automotivo. A primeira dessas instalações experimentais foi lançada no ano passado em San Francisco e já está empregando bactérias-químicos de primeira geração. A partir da cana-de-açúcar, eles produzem centenas de galões de biocombustível por semana. Este combustível é cristalino e atende aos padrões internacionais.
Os autores do desenvolvimento acreditam que o princípio da evolução acelerada na máquina tornará possível a obtenção dessas bactérias modificadas que sintetizarão em grandes quantidades nutrientes baratos e diversos medicamentos.
Bill Haywood, executivo do projeto LS9, está otimista: "Vamos curar o mundo." Eu realmente quero acreditar que assim será.
Revista: Segredos do século 20 №41. Autor: Irina Bakhlanova
