Пять научных открытий 2016 года, которые могут изменить мир

Мы представляем вам пять наиболее интересных из списка 2016 года, которые вот-вот покинут лабораторные стены и начнут испытываться в реальных условиях.

1. Космический пылесос
Пустые оболочки ракет, умершие спутники, куски стекла и крохотные кусочки краски - все это летает в космическом пространстве и составляет примерно 7 тыс. тонн космического мусора - именно столько человечество успело намусорить за период освоения космоса.

Большая часть когда-либо запущенных в космос объектов так там и вращаются и представляют реальную угрозу работающим спутникам, которые, помимо всего прочего, жизненно необходимы для обеспечения интернет- и мобильной связи.
Международная космическая станция, например, должна регулярно подправлять свое месторасположение, чтобы избежать столкновения с подобным мусором.

Однако теперь на помощь придет миссия RemoveDebris ("Убрать мусор"), которая будет в буквальном смысле ловить и затягивать мусор и начнет проходить испытания в начале 2017 года.

"Это не научная фантастика, это реальная проблема, - объясняет в интервью Би-би-си руководитель проекта профессор Джейсон Форшоу из космического центра университета Суррея. - Весь космический мусор в конце концов упадет на Землю благодаря силе притяжения, однако какая-то его часть летает на высоте 1000 км, и на это уйдет примерно тысяча лет. Но мы не можем столько ждать, у нас есть всего лет 10-20 до того, как это перерастет в серьезную проблему".

Принцип сбора космического мусора очень прост: в космическое пространство забрасывается сеть, наподобие рыболовецкой. Как только она наполнится мусором, специальный космический корабль-тягач потянет ее на Землю.

При вхождении в атмосферу мелкий мусор сгорит, а крупные куски будут доведены до Тихого Океана и сброшены туда.

Другая система задействует серебряный парус, который внешне напоминает воздушный змей.

Он сделан из ультратонкой пленки и действует по принципу обычного паруса, но в действие его будут приводить протоны солнечного света, а не ветер. Парус будет утягивать мусор с орбиты, ускоряя тем самым его возращение на Землю.

2. "Комариные дневники"

Борьба с малярийным комаром anopheles занимает ученых уже не один десяток лет, поскольку именно это насекомое является переносчиком малярии - болезни, уносящей ежегодно 438 тыс. жизней.

А в последние годы возникла новая проблема: повышенная резистентность малярийных комаров к имеющимся инсектицидам, поскольку процесс естественного отбора заставляет комаров выживать и делает их более устойчивыми.

Резистентность комаров к препаратам по их уничтожению зафиксирована в 60 странах и достигла угрожающих размеров в Западной и Восточной Африке.

Поэтому самое главное в этой борьбе - понять поведение комара.

"Мы используем инфракрасные камеры для слежения за тем, как комары облетают надкроватную сетку. Впервые нам удалось заснять их действия в таком объеме", - рассказала Би-би-си Джози Паркер, научная сотрудница Института тропической медицины в Ливерпуле.

Проект "Комариные дневники" исследует, в течение какого времени комары облетают надкроватную сетку и каким образом инсектицид, содержащийся на ткани, не дает комарам укусить спящего человека.

"Чтобы инсектицид заработал, надо, чтобы комар дотронулся до сетки, при этом очень короткого контакта недостаточно. Наша задача - определить, как долго комару нужно пробыть на сетке, чтобы погибнуть", - говорит Паркер.

Это исследование поможет в разработке новых, более эффективных тканей, сеток и препаратов.

"Сетки представляют собой физический барьер, но если они не уничтожают комара, то тогда он будет летать где-то поблизости и укусит, когда человек проснется", - говорит Паркер.

3. Секреты 4D рентгеновского синхотрона

Это сложная машина позволяет ученым заглянуть в суть материалов, будь то магма - чтобы узнать о крупномасштабных вулканических извержениях, или кристаллы льда - чтобы понять, почему одно мороженое вкуснее другого.

"Мы применяем технологию рентгеновской компьютерной томографии, которая использует ярчайший свет такой мощности, что он позволяет увидеть внутреннюю структуру вещей в трехмерном измерении. Мы можем заглянуть в любой объект, сфера применения этого огромна", - рассказывает Камел Мади из Манчестерского университета.

Луч синхотрона в 10 млрд раз ярче солнечного, он входит в структуру материала, не нанося ему внешних повреждений.

Камера на другом конце фиксирует полученную лучом информацию, делая снимки высокого разрешения.

"Четвертым измерением" здесь выступает время: ученые, изменяя условия среды, например, температуру и давление, создают условия, в которые попадают вещества в естественных условиях, и наблюдают за происходящими с ними изменениями.

"Мы можем понять, как изменяется структура материалов, когда мы их производим, поэтому в этом аппарате содержится разгадка того, как улучшить производство некоторых предметов, например, реактивных двигателей или литиевых батарей", - говорит Мади.

Эта же технология может оказать большую помощь в понимании того, как имплантаты реагируют на контакт с тканью тела человека. В частности, ученые исследуют, как такое заболевание, как артрит, воздействует на хрящи, и что можно сделать, чтобы улучшить качество жизни больных артритом.

4. Заставить пауков работать

Паутинный шёлк, из которого плетется паутина - это ключ к следующему поколению совместимых с живыми тканями (человеческого организма) экоустойчивых материалов.

"Паутинный шёлк существует уже 300 млн лет, при этом пауки используют минимум материала для достижения максимального эффекта", - говорит биолог Бет Мортимер из Оксфордской группы по изучению шёлка в Оксфордском университете.

Для создания паутины, куда ловится живая добыча, пауки используют белок, и теперь ученые пытаются расшифровать на молекулярном уровне структуру их шёлка и то, как это может пригодиться для наших с вами повседневных нужд.

В природе существует немного материалов, способных сравниться по прочности с паутинным шёлком, а если совместить его с каучуком, то можно получить суперпрочную ткань.

"Процесс производства шёлка в тысячу раз более энергосберегающий, чем синтетические полимеры, такие как пластик, например. Так что теперь задача состоит в том, чтобы сделать этот процесс рентабельным с экономической точки зрения", - поясняет Мортимер.

Присутствие крошечных капель клеящего вещества, которое делает паутину такой липкой и тягучей, навело ученых на мысль о том, как произвести схожий материал.

К тому же шёлк биосовместим: уже вовсю идут клинические испытания того, как шёлк можно использовать в имплантатах хрящей коленного сустава.

У паутины есть еще одно интересное свойство: когда пойманная добыча пытается выбраться, паутина резонирует и посылает пауку сигнал - это можно использовать для создания музыкальных инструментов с особой вибрацией.

5. Костная революция

Ученые разработали технологию по выращиванию искусственных костей в лабораторных условиях без использования химических препаратов или медикаментов, а лишь с помощью волновых колебаний.

Они называют этот процесс "нанотолчками", а выглядит он так: из костного мозга извлекают стволовые клетки и "толкают" их с помощью высоких частот, чтобы они начали превращаться в клетки костной ткани.

Новая костная ткань выращивается из собственных клеток пациента без химических препаратов или митогенов (белков роста), которые имеют нежелательные побочные эффекты.

Таким образом отторжения ткани не произойдет, к тому же этот метод не требует болезненной операции для изъятия образцов костной ткани из других частей тела пациента.

Эти "нанотолчки" производятся тысячу раз в секунду, толкая клетку на расстояние 20 нанометров.

"Мы биомимикрируем саму кость, которая вибрирует естественным образом тысячу раз в секунду", - поясняет профессор Мэтью Далби, занимающийся этими исследованиями в Университете Глазго.

С помощью этой технологии можно залечить травму кости или нарастить существующую костную ткань. В дальнейшем это может привести к тому, что переломы можно будет лечить без операции, а просто посредством "нанотолчков", а также, возможно, замедлить рост определенных видов рака.

Костная ткань является одной из самых пересаживаемых после крови, а, учитывая стареющее население, страдающее от остеопороза и переломов бедра, эта технология может быть чрезвычайно востребована.

Ученые планируют в ближайшие три года начать пересаживать пациентам кости, выращенные в лабораторных условиях с помощью "нанотолчков", а широкое применение этот вид терапии может получить в ближайшие 10 лет.