Учебное пособие: Новости науки и техники: нанотехнологии

Компьютерный звук рисует для слепых картину местности.

Слух хотя бы отчасти восполняет инвалидам отсутствие зрения, но он не может поведать им о наличии перед самым носом фонарного столба. Между тем системы машинного зрения без труда воспринимают окружающий мир.

Неудивительно, что на их основе учёные пытаются создать искусственное зрение. Только как всё же лучше донести до слепого человека то, что видит машина?

Свой ответ на этот вопрос даёт проект "Когнитивная вспомогательная система для слепых людей" (Cognitive Aid System for Blind People - CASBLiP), в котором принимают участие семь университетов, компаний и организаций из Великобритании, Испании, Италии и Германии. Координирует и ведёт их совместную работу Исследовательский центр графических технологий политехнического университета Валенсии (Centro de Investigación en Tecnologías Gráficas), где и базируется этот проект.

Какими вариантами помощи слепым располагает современная техника? Можно предложить человеку усовершенствованную трость с ультразвуковой, лазерной или видеолокацией.

Но подобные устройства всё равно не дают полной картины мира - кибертрости просто попискивают предупреждающими сигналами при появлении опасного объекта в непосредственной близи от владельца.

Между тем, рассудили авторы CASBLiP, направление мысли было верным: нужно полагаться на то, что у слепого пациента развито лучше всего - его способность воспринимать звуки, исходящие от предметов (машин, листвы деревьев, шагов прохожих), и хорошо определять направление и удаление источника.

Можно попробовать вернуть слепому человеку зрительные ощущения тем или иным способом. Но всяческие "усилители глаз" и сетчатки-имплантаты - отдельная большая тема. А если не вмешиваться в организм пациента? CASBLiP предлагает носимый прибор, несложный в применении (фотографии CASBLiP). Только вот в обычных условиях звуков не хватает. Во всяком случае - для того чтобы спокойно ходить по городу без белой трости, словно зрячий человек. Но, может, тогда добавить звук синтетический, чтобы "заговорили" и фонарные столбы, и проёмы дверей, и прочие предметы?

Три года работы (на средства Евросоюза, заметим) не прошли даром. Партнёры построили два устройства, каждое из которых может работать отдельно, но по идее их можно соединить в эффективный комплекс.

Первый аппарат называется M1. Выглядит он как чёрные очки, разве что стёкла толстоваты (в них скрыта электроника). В основе приборчика лежит лазерный сенсор, разработанный компанией Siemens. Первоначально это устройство создавалось для того, чтобы научить автомобили видеть пешеходов, перебегающих дорогу перед носом, но теперь сенсор нашёл своё призвание в иной области.

Эти очки испускают инфракрасный лазерный луч (невидимый для окружающих), который сканирует местность в пределах угла зрения в 60 градусов и на дальность в 5 метров от человека. Отражённые ИК-лучи воспринимает 64-пиксельная камера, незаметно вмонтированная всё в те же очки. По разности времени прихода сигнала в каждую часть матрицы компьютер (его приходится нести в рюкзачке) вычисляет положение близлежащих объектов.

Лазерный сенсор Siemens проверяет всю местность в пределах своего обзора по 25 раз в секунду (иллюстрация Siemens).

Далее эта информация преобразуется в стереозвук, подаваемый владельцу приборчика через наушники. Расположение препятствий по горизонтали передаётся смещением звука вправо или влево, а приближение к препятствию отражается ростом тональности сигнала либо его громкости (тут возможны варианты - лучший выбор ещё определяется).

M1 может быть вполне самостоятельным продуктом, но гораздо интереснее его сочетание со вторым прототипом под названием M2. В нём удалось совместить ряд любопытных разработок, выполненных в разных странах.

M2 представляет собой шлем, на котором закреплены две видеокамеры, генерирующие стереокартинку. Специалисты из факультета компьютерных наук университета Бристоля (Departiment of Computer Sciense) разработали мощный алгоритм обработки изображений в реальном времени, способный распознавать объекты и препятствия, такие как деревья, автобусные остановки и лавки в парке, транспортные средства, и, конечно, - прохожих.

Эта система использует стереоизображение для создания "карты глубины". Также M2 может анализировать движение объектов и предсказывать их дальнейшее перемещение.

В результате работы этой программы компьютер (опять-таки M2 требует ношения рюкзака) формирует пространственную карту окружающего мира. Причём обновляет он её 8 раз в секунду.

Британская программа по картинке с камер может определить - куда движется автомобиль и насколько он ближе к человеку, чем строения на заднем плане (иллюстрация University of Bristol).А чтобы слепой мог по ней ориентироваться, система CASBLiP применяет вторую разработку - программу, созданную в университете Лагуны (Universidad de La Laguna). Она превращает пространственную информацию в трёхмерную акустическую карту, в которой каждый объект представлен звучащей точкой.

Её громкость, тон и определяемое благодаря стереозвуку пространственное расположение помогает слепому представить окружающий мир. При этом, дабы максимально оперативно смещать звуковое поле в наушниках при повороте головы вправо и влево, шлем ещё оснащён специально разработанным в рамках проекта гироскопическим датчиком, передающим на компьютер малейшее движение головы.

Оба аппарата неоднократно испытывались слепыми людьми в самых разнообразных условиях - от стен лабораторий до реальных городских улиц. Конечно, были вопросы и замечания, но в целом все остались довольны. Обучение использованию шло быстро, и люди начинали воспринимать звуковую картину не как искусственно навязанную наушниками, а как звук, идущий непосредственно от предметов, окружающих их.

Около десятка испытателей пришли к выводу, что системы типа M1 и M2 могут оказаться полезным и удобным дополнением к другим средствам помощи. Но при этом целый ряд участников эксперимента высказал мнение, что никакая электроника не заменит старую добрую белую трость или собаку-поводыря. А одна участница, тестировавшая M1, сказала, что "подсказки" системы, накладываясь на обычные звуки внешнего мира, иной раз способны, напротив, запутать человека, нежели помочь.

Другой испытатель также отметил, что наряду с новыми информирующими звуками наушники заглушают сигналы извне, по которым слепой ориентируется обычно (например по изменению в звуке собственных шагов). И это - неудобство системы.

С другой стороны, как заметил один из испытуемых, "любое новшество, которое может повысить автономию слепого человека, - позитивно". А значит, учёные и инженеры на верном пути, пусть CASBLiP и нуждается в совершенствовании.

Один из координаторов проекта - Гильермо Перис-Фахарнес (Guillermo Peris-Fajarnés) из политехнического университета Валенсии говорит: "Предстоит выполнить ещё много работы, прежде чем эта система могла бы выйти на рынок. Прежде всего, нужно доказать, что она является на 100% надёжной. Мы не можем допустить неполадок, когда пользователь переходит дорогу". Во всяком случае техника тут окажется бесценным подарком и будет незаменимой до тех пор, пока не получат объяснения удивительные скрытые возможности человека. К примеру, умение некоторых слепых пользоваться натуральной эхолокацией, похожей на дельфинью, а других невидящих - так называемым "слепым зрением".

Миниатюрный махолёт с двумя крыльями впервые поднялся в воздух

В полёте миниатюрный махолёт очень сильно напоминает самую быструю в мире птичку колибри. От того, видимо, такая раскраска (фото AeroVironment).

Учёным из американской компании AeroVironment впервые удалось продемонстрировать управляемый полёт миниатюрного махолёта с автономным приводом.

Назвали летающую малявку NAV, что расшифровывается как nano air vehicle. Подъёмную силу, функции руля, элеронов и двигателя ему обеспечивают два крыла.

Ещё в декабре 2008 года один из тестируемых аппаратов смог продержаться в воздухе 20 секунд. Сейчас NAV способен зависать, двигаться вперёд-назад, влево-вправо, а также подниматься и опускаться в воздухе (все эти движения определяет с помощью пульта управления оператор устройства) в течение долгого времени.

Сложность создания скопированного с природных аналогов устройства в том, что оно работает совсем не так, как наиболее распространённые летательные аппараты.

Самолёты и вертолёты с жёстко закреплённым крылом поднимаются в воздух благодаря разнице давлений, возникающей под и над крылом в ходе движения (разбега по взлётно-посадочной полосе, раскручивания винта). Управление и стабилизация транспортного средства в полёте осуществляется при помощи различных аэродинамических пластин, расположенных на крыльях и хвосте.

"Махолёт контролировать гораздо сложнее, два крыла ещё больше усложняют дело", - рассказывает один из создателей NAV Мэтт Киннон (Matt Keennon).

Так как изначально весь проект финансировался исследовательским агентством Пентагона DARPA, вряд ли в ближайшее время будут раскрыты секреты полёта миниатюрного орнитоптера. Однако существуют некоторые предположения.

Например, форма крыла не имеет такого большого значения, как в случае с самолётами и вертолётами. В отличие от них махолёт создаёт два отдельных потока воздуха. Чтобы двигаться вперёд и назад NAV, скорее всего, меняет угол наклона крыла.  Вверху: так устройство должно было выглядеть по первоначальному проекту. Внизу: а таким оно, видимо, предстанет перед людьми в будущем (иллюстрации AeroVironment).

Отметим, что разработка ещё не достигла своей финальной стадии. В апреле этого года DARPA продлила контракт с AeroVironment и внесла ещё $2,1 миллиона, которые будут расходоваться учёными в целях улучшения летательного аппарата вплоть до лета 2010 года.

Конечно, дело не в благотворительности. Американское агентство ужесточает требования. В частности, специалисты хотели бы добиться, чтобы NAV весил не более 10 граммов, размах крыльев "птахи" не превышал 7,5 сантиметра, скорость движения вперёд была бы не менее 10 метров в секунду.

Кроме того, орнитоптер должен будет научиться противостоять порывам ветра до 2,5 метра в секунду и путешествовать на открытом воздухе и внутри зданий на расстояние до 800 метров.

"Чтобы получить такой результат, придётся искать и комбинировать механические, аэродинамические и программные решения", - говорит Киннон.

"На нашем пути пока ещё существует множество препятствий, которые только предстоит преодолеть. Однако прогресс уже сейчас налицо, потому мы надеемся рано или поздно добиться своей цели", - добавляет доктор Тодд Хилтон (Todd Hylton), руководитель программы DARPA.

Когда же DARPA и AeroVironment разработают окончательный вариант NAV, то, скорее всего, он будет использоваться для слежения за противником в военных конфликтах и обнаружения жертв природных катаклизмов.

Тело человека излучает слабый видимый свет

Оказывается, человеческое тело тоже испускает видимый свет, только он настолько слаб, что засечь его можно исключительно в темноте. Именно этим и занялись учёные из нескольких японских университетов.

Считается, что абсолютно все живые существа излучают свет, интенсивность которого меняется в течение дня. Виной тому биохимические процессы, происходящие в организме.

Излучение происходит в разных диапазонах длин волн. Например, тепло тела определяет появление невидимого для Homo sapiens инфракрасного свечения. Но кроме того, человеческое тело испускает и видимый свет, который, правда, в тысячи раз слабее чувствительности наших глаз.

Однако, если вооружиться различной аппаратурой, можно зарегистрировать и видимый свет. Японские учёные использовали необычайно чувствительные камеры, способные улавливать даже отдельные фотоны, и посмотрели на человеческое тело в полной темноте.

Точнее, они попросили пятерых здоровых мужчин в возрасте около 20 лет приходить в специально оборудованную комнату каждые три часа (с 10 часов утра до 10 вечера). Добровольцы раздевались до пояса и вставали перед теми самыми камерами, в таком положении они каждый раз проводили около 20 минут. Исследование проводилось три дня.

Выяснилось, что слабое свечение тела возрастало и падало в течение дня. Минимум приходился на 10 часов утра, а максимум - на 4 дня (после чего снова начинался спад интенсивности).

Исследователи посчитали, что сила испускаемого видимого света зависит от биологических ритмов, от метаболических процессов, происходящих в организме в течение суток.

Учёные также заметили, что лицо светится сильнее, чем остальное тело. Вероятно, это обусловлено тем, что лицо более загорелое (так как гораздо больше находится на солнце). Известно, что пигмент меланин, вырабатываемый кожей в ответ на солнечное излучение, имеет в своём составе флуоресцентные компоненты. Они, скорее всего, и усиливают свечение лица.

Изображения ультраслабого фотонного излучения человеческого тела, время съёмки: 10: 10, 13: 10, 16: 10 (иллюстрации PLoS ONE).

Один из авторов работы Хитоси Окамура (Hitoshi Okamura) из университета Киото считает, что в будущем такие камеры смогут по ослаблению свечения диагностировать различные нарушения обменных процессов (если удастся создать некую среднестатистическую картинку, которая бы характеризовала норму).

"Если есть возможность увидеть мерцание поверхности тела, получится определить и состояние всего организма", - вторит ему другой исследователь Масаки Кобаяси (Masaki Kobayashi) из технологического института Тохоку в Сэндай (Tohoku Institute of Technology in Sendai).

О своих достижениях учёные отчитались в журнале PLoS ONE.

Membrana.ru.24 июля 2009

Нано на обед: человек съест продукты нанотехнологий

Наноеда (nanofood) - термин новый, малопонятный и неказистый. Еда для нанолюдей? Очень маленькие порции? Еда, сработанная на нанофабриках? Нет, конечно. Но всё же это - любопытное направление в пищевой отрасли.

Учёные, инженеры и специалисты пищевой промышленности спорили о перспективах наноеды на первой конференции с говорящим названием Nano4Food 2005, прошедшей 20-21 июня в голландском местечке Wageningen.

Оказывается, наноеда - это целый набор научных идей, которые уже находятся на пути к реализации и применению в промышленности.

Во-первых, нанотехнологии могут предоставить пищевикам уникальные возможности по тотальному мониторингу в реальном времени качества и безопасности продуктов непосредственно в процессе производства.

Речь идёт о диагностических машинах с применением различных наносенсоров или так называемых квантовых точек, способных быстро и надёжно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты.

И производство пищи, и её транспортировка, и методы хранения могут получить свою порцию полезных инноваций от нанотехнологической отрасли. По оценке учёных, первые серийные машины такого рода появятся на массовых пищевых производствах в ближайшие четыре года. Яблоки вместо атомов в решётке круглой наночастицы - логотип первой международной конференции по наноеде (иллюстрация с сайта nanofood.info).

Но на повестке дня и более радикальные идеи. Вы готовы проглотить наночастицы, которые невозможно увидеть?

Помнится, некоторое время назад появилась "страшилка", что, мол, случайно попавшие в природу наночастицы, созданные руками человека, могут представлять опасность для здоровья. Эти опасения ещё не развеяны, но специалисты по нанотехнологиям предлагают посмотреть на такую "интервенцию" внутрь наших тел и с иной стороны.

А что если наночастицы будут целенаправленно использоваться для доставки к точно выбранным частям организма полезных веществ и лекарств? Что если такие нанокапсулы можно будет внедрять в пищевые продукты?

Пока ещё никто не употреблял наноеду, но предварительные разработки уже идут. Специалисты говорят, что съедобные наночастицы могут быть сделаны из кремния, керамики или полимеров. И разумеется - органических веществ.

И если в отношении безопасности так называемых "мягких" частиц, сходных по строению и составу с биологическими материалами - всё ясно, то "твёрдые" частицы, составленные из неорганических веществ - это большое белое пятно на пересечении двух территорий - нанотехнологии и биологии.

Поскольку эти частицы необычайно малы, они демонстрируют иное химическое поведение чем, те же вещества, но "оптом". Тут в игру уже вступает квантовая механика.

Учёные ещё не могут сказать, по каким маршрутам подобные частицы будут путешествовать в теле, и где в результате остановятся. Это ещё предстоит выяснить. Зато некоторые специалисты уже рисуют футуристические картины преимуществ наноеды. Помимо доставки ценных питательных веществ к нужным клеткам.

Как вам понравится, например, интерактивный напиток, нарисованный воображением Мануэля Маркеса-Санчеса (Manuel Marquez-Sanchez) из компании Kraft Foods?

Идея заключается в следующем: каждый покупает один и тот же напиток, но затем потребитель сможет сам управлять наночастицами так, что на его глазах будут меняться вкус, цвет, аромат и концентрация напитка.

Фантастика. Но первые ласточки - уже на пороге. Сейчас рынок наноеды имеет объём около $3 миллиардов. Это пока лишь прикладные нанотехнологии, которые можно приспособить для нужд пищевой промышленности. А к 2010 году, по оценке экспертов, данный рынок вырастет до $20 миллиардов.

Может быть, в этой сумме свою долю завоюют и меняющие свою структуру напитки. Или, скажем, вылечивающие сосуды и сердце нанобифштексы.

Перуанские ловцы тумана поят людей и деревья

Газеты перуанской столицы Лимы периодически печатают предупреждения для местных жителей: ближайшие несколько дней воды в городе не будет! Происходит это довольно часто, а через десяток лет может и вовсе стать повсеместным явлением. Решение нашли немецкие биологи, занимающиеся охраной окружающей среды и помощью гражданам бедных стран.

Для того чтобы хоть как-то помочь жителям высокогорных районов, Кай Тидеманн (Kai Tiedemann) и Анне Луммерих (Anne Lummerich), немецкие специалисты по охране и рациональному использованию водных ресурсов, создали небольшую некоммерческую организацию Alimón, которая начала способствовать развитию стран Латинской Америки.

В 2006 году на окраинах Лимы биологи запустили проект по созданию ирригационной системы, собирающей воду из тумана, густая пелена которого, приходит со стороны Тихого океана с июня по ноябрь.

Немецкие специалисты предложили бюджетный вариант: подвесить на пути продвижения тумана специальные сети, которые могут собирать сотни литров воды в сутки.

Что же происходит? Сбор воды на сетях чем-то похож на конденсацию, когда пар в воздухе осаждается на холодной поверхности, постепенно образуя мельчайшие капли. В данном случае всё несколько проще. Туман уже состоит из капель жидкости.

Когда ветер прогоняет влажный воздух сквозь сети, капельки осаждаются на волокнах ткани.

Примерная схема получения и сохранения воды. Луммерих и Тидеманн использовали полотна, похожие на гигантские волейбольные сетки (4 на 8 метров). Их натянули между двумя деревянными столбами так, чтобы плоскость ткани была перпендикулярна главенствующему направлению движения воздуха. Верхняя часть каждой такой сетки располагается на высоте 5,5 метра над поверхностью склона.

По мере продвижения влажного воздуха сквозь сеть вода накапливается, капли растут и, в конце концов, (гравитация как-никак) начинают падать вниз, попадая в специальный жёлоб. По нему они стекают в два резервуара, а затем и в бассейн.

Уже сейчас ясно, что в хорошие дни "улов" может превысить 550 литров. Немыслимое количество по меркам перуанцев. Впрочем, и сами учёные не могут удержаться от красивых сравнений.

"Поднимаешься по дороге, близ сетей стоит густой туман, через некоторое время налетает ветер, и становится слышно, как накопившаяся вода начинает стекать. Будто открывается кран. Удивительные ощущения", - делится впечатлениями Анне.

Биологи создали и другой тип "ловца тумана" - многослойный. Его впервые опробовали в 2007 году. Он занимает столько же места, но при этом выдаёт более 2200 литров пресной воды в день!

 Данные устройства помогает людям для удовлетворения собственных нужд в воде, которые уже смогли осторожно встроиться в природные циклы и не только не нарушить шаткое равновесие в природе, но и немного его укрепить.

Спиральный робот перенял у бактерий стиль плавания

Если одни бактерии заражают человека, стоит попробовать снарядить на борьбу с болезнями другие микроорганизмы. Но пока генетические эксперименты в этой области не дают яркого результата, может, лучше взять, да и построить искусственные бактерии, которые будут выполнять "поручения" медиков? Неизвестно, какой подход выглядит более фантастичным, но управляемые роботы размером с микробов уже созданы и совершают свои первые заплывы в чашках Петри.

Целый ряд бактерий, таких как широко известная кишечная палочка (E. coli), ловко перемещаются в окружающей среде при помощи длинных жгутиков, завитых словно пружинки. Жгутики эти вращаются с очень высокой скоростью в ту или иную сторону, заставляя микроорганизм плыть вперёд и совершать кувырки да повороты.

Учёные не один раз с восторгом поглядывали на этот природный механизм, мечтая воспроизвести его в искусственной системе. Исследователи из самых разных институтов давно высказывали здравую мысль, что такие "хвостики" могут стать прекрасными движителями для медицинских микроботов, запускаемых в тело пациента. Но первой впечатляющего успеха на этом поприще добилась группа под руководством профессора Брэдли Нельсона (Bradley Nelson) из швейцарского федерального технологического института (ETH Zürich). membrana Перед нами настоящий технологический шедевр: спиральный медицинский микроробот (фото Institute of Robotics and Intelligent Systems/ETH Zürich).

Недавно Брэдли и его коллеги первыми сумели построить "Искусственный бактериальный жгутик" (Artificial Bacterial Flagella - ABF) - образование микрометровых размеров. Да ещё прикрепили его к "голове" - аналогу бактерии. Создав несколько таких изделий, названных "Спиральными плавающими микророботами" (Helical Swimming Microrobot), экспериментаторы пустили их в жидкость, воспроизводя ситуацию, когда подобным устройствам потребуется перемещаться не хаотично, но в определённом направлении, задаваемом человеком.

ABF насчитывают в длину от 25 до 75 микрометров, что лишь немногим больше, чем длина настоящих жгутиков у бактерий (5-25 мкм). Представляют собой эти искусственные "хвостики" свитые в спирали плоские ленточки. Толщина лент равна 27-42 нанометрам, ширина - менее 2 микрометров, а диаметр спирали - около 3 мкм.

Голова робота состоит из трёх тонких слоёв: хром, никель и золото. Именно никель, как магнитный материал, отвечает за вращение всего "конструктора". Учёные прикладывают к микроботам магнитные поля, а они заставляют вращаться и поворачиваться головки роботов - вот те и плывут.

Один из первых образцов микроробота с ABF, показанный на этих снимках, при собственной длине 74 микрометра достигал средней скорости движения 5 микрометров в секунду при частоте вращения 470 оборотов в минуту. Тёмная точка вверху - цель, к которой учёные старались направить свою "хвостатую бактерию" (фото Institute of Robotics and Intelligent Systems/ETH Zürich).

Кстати, Нельсон известен нам по созданию хирургического микробота - устройства, похожего на миниатюрную стрелку компаса, управляемую внешним магнитным полем.

Но в новом проекте есть существенные отличия. В первом случае (как и в целом ряде сходных экспериментов, проводимых в других университетах и институтах) крошечные "зонды" напрямую подталкиваются в нужную сторону внешним полем. Исследователи полагают, что такие "микромагниты" можно при помощи электромагнитов внешних довести до нужной точки в теле, чтобы там они могли выполнить свою задачу. К примеру, воздействовать на опухоль или атеросклеротические наросты в сосуде.

А вот ABF, полагают швейцарцы, позволяет управлять движением робота-бактерии куда более точно. Ведь тут внешнее поле лишь приводит в движение "хвост", а он уже толкает всего робота.

Команда Брэдли разработала специальное программное обеспечение, позволяющее создавать при помощи нескольких катушек вращающиеся поля сложной конфигурации. Так, по командам человека ABF может двигаться вперёд и назад, вверх и вниз, а также вращаться во всех направлениях.

Максимальная скорость движения ABF составила 20 микрометров в секунду, но авторы работы уверены, что вскоре её можно будет увеличить до 100. Для сравнения - E. coli разгоняется до 30 мкм/с.

Создатели плавающих микророботов полагают, что в будущем такие устройства смогут точечно поставлять лекарства к очагам поражения внутри человека. При этом такой способ выгодно отличается от прямого перетягивания каких-либо капсул магнитом. Ведь для движения ABF необходимо приложить очень слабое, совершенно безопасное поле (1-2 миллитесла).

Можно, конечно, заставить перевозить полезный груз и живые клетки (мы видели такие эксперименты - простой и более сложный), но тут придётся полагаться на их собственные "соображения", куда нужно двигаться.

Для реализации такой цели авторы проекта намерены ещё уменьшить размер своих роботов и повысить их скорость движения, равно как поработать над управляющей системой. Нельсон уверен - спирали ABF найдут применение и в медицине, и в фундаментальных исследованиях.

Создатели Helical Swimming Microrobot радуются, что их роботы так похожи на бактерии. Учёным не потребовались миллиарды лет, чтобы придумать прекрасный способ перемещения микрометровых объектов в жидкой среде - за исследователей это сделала Природа.

Membrana.ru.22 апреля 2009

Фургон стреляет облаком мороженого ради нанотехнологий

"Ранее в нынешнем году я получил письмо столь интригующее, что сразу увлёкся. Это была просьба о помощи с довольно необычной разработкой. Чтение по диагонали выхватило фразы вроде "геоинжиниринг", "фургон с мороженым", "нанотехнологии", "облако со вкусом мороженого". Заинтересовался сильно. Но потом я увидел слова "жидкий азот" и был пойман на крючок!"

Так рассказывает Эндрю Мейнард (Andrew Maynard), главный научный советник "Проекта развивающихся нанотехнологий" (Project on Emerging Nanotechnologies), о своём скромном участии в необычном арт-начинании.

Возможность соединить популяризацию науки с развлечением и весельем понравилась физику Эндрю Мейнард, к опыту и знаниям которого не раз обращались политики как из Белого дома, так и из других весомых "структур", когда подготавливали документы, связанные с развитием научной отрасли. А ещё Эндрю, наверное, не смог отказаться от вкусного угощения.

О чём вы мечтали в детстве? О пряничном домике, реке из киселя, радуге из мармелада? Полагаем, об одном вы думали точно: пробуя на вкус снег, вы мечтали, чтобы с неба падали не обычные снежинки, а мороженое. Клубничное, например. Новый британский проект - это шаг к реализации детской мечты. Причём научный "бэкграунд" у него вполне серьёзный.

"Проект Облако" (Cloud Project) реализовали дизайнеры Зои Пападопоулу (Zoe Papadopoulou) и Кэтрин Крамер (Cathrine Kramer).

Именно Зои написала послание Мейнарду с тем, чтобы исследователь проконсультировал художниц по научной части замысла. А ведь идея была, честно говоря, просто сумасшедшей: если нынешние технологии позволяют искусственно вызывать дождь или снег, распыляя реагенты в небе, то почему бы технологиям будущего не создавать ванильные, клубничные или шоколадные осадки? Переделанная для "изготовления облаков" машина - это старый фургон для мороженого на базе Leyland Sherpa 1980 года. На переоборудование его под замысел дизайнеров ушёл не один месяц ручной работы (фото ha++/flickr.com).

Идея облака-мороженого родилась у двух студенток после того, как отделение "Дизайна взаимодействий" (Design Interactions) Королевского колледжа искусств посетил учёный Ричард Джонс (Richard Jones), специалист по нанотехнологиям, бывший советник британского правительственного агентства по инжинирингу и естествознанию (EPSRC).

Вдохновлённые перспективами нанотехнологий и огорчённые массой препятствий на пути к их триумфу, девушки задумали смешать наивную фантазию с передовыми разработками.

Цепочка рассуждений была примерно такова: если делать мороженое при помощи жидкого азота (быстрая заморозка), получается очень "гладкая" система с частицами нанометровых размеров. В то же время известно, что различные наночастицы могут применяться в качестве центров кристаллизации в опытах с управляемой погодой (в свою очередь способных влиять на климат).

Так почему бы не соединить оба подхода? Что если распылять в атмосфере смесь жидкого азота с мороженым, наполненным "спроектированными" наночастицами? Получится мороженое-облако, пойдёт с неба снег из мороженого?

Точных ответов на эти вопросы нет. Как замечает Мейнард, между идеей и работающей технологией - пока ещё большая пропасть. Но зато уже создан фургончик с мороженым, показывающий прообраз такой системы. Недавно он был представлен на выставке работ выпускников Королевского колледжа искусств в Лондоне Design Interactions Show 2009.

Мощный водяной распылитель на крыше фургончика - это прототип "облакоделательной машины" ближнего радиуса действия. Его окружают "ракеты", которые гипотетически можно запускать высоко в небо, создавая там облака из мороженого. Подставлять язык под эту струю ещё рано, но, утверждают специалисты, в замысле облаков из мороженого нет ничего противоречащего науке (фото ha++/flickr.com).

Не спешите разочаровываться. Да, настоящих ванильных облаков ещё нет. Клубничных и шоколадных - тоже. Но Зои и Кэтрин раздавали прохожим (а также своим друзьям и приглашённым учёным) самое настоящее мороженое, сделанное тут же в машине. За поеданием сладостей следовали беседы о воздействии современных технологий на нашу жизнь.

Это и было главным в затее - фургон, как мечта из детства и магнит, выступал "центром кристаллизации" для дискуссий. Автомобиль служил инструментом для устранения пропасти между специалистами, знакомыми с теми же нанотехнологиями не понаслышке, и обычными людьми, черпающими знания, по большей мере, из жёлтой прессы, нередко представляющей перспективные отрасли знания (не только нанотехнологии, но, к примеру, генную инженерию) как нечто "ужасное", что "всех нас погубит".

"А может быть, спасёт?" - рассудили авторы "Облака".

Не зря многие учёные сейчас оценивают возможности науки в области геоинжиниринга - воздействия на окружающую среду с целью коррекции нежелательных процессов. Все эти планы ещё нуждаются в многократной перепроверке, но важно говорить о них, спорить, обсуждать.

Стоит ли засеивать океан питательными веществами, которые стимулируют рост бактерий, поглощающих углекислый газ? Можно ли попробовать выбрасывать в атмосферу наночастицы, меняющие альбедо планеты так, чтобы замедлить потепление?

Другая сторона тех же технологий - создание доступной для миллиардов высокопитательной пищи. Должны ли тут люди полагаться на генетически изменённые организмы, сулящие множество преимуществ в данной отрасли?

Генная инженерия пригодилась бы и для создания облаков из мороженого. Пападопоулу и Крамер вспомнили, что в реальном процессе образования осадков важную роль играют бактерии Pseudomonas syringae (мы рассказывали об этом открытии).

На поверхности их мембран есть белок, провоцирующий кристаллизацию воды. Ген, отвечающий за его синтез, можно было бы выделить и перенести в Saccharomyces Cerevisiae - пивоваренные дрожжи - то есть грибки, широко используемые в пищевой промышленности.

Далее к будущим ядрам кристаллизации следует добавить молочные протеины и ароматизаторы. К примеру, за вкус клубники отвечают 360 летучих соединений, сообщают британские новаторы, но достаточно взять шесть основных (вроде фуранеола, этил-бутаноата и других), чтобы получить близкое подобие. Капсулирование определённых веществ бактериями - реально с точки зрения всё той же нанотехнологии. Результат засеивания облаков такими проектированными микроорганизмами - появление снега со вкусом клубничного мороженого. В теории, во всяком случае.

Гипотетическая технология создания облаков из мороженого. Слева: подборка ароматических соединений, отвечающих за вкус клубники. Справа: этапы создания проектированных центров кристаллизации.1 - бактерии Pseudomonas syringae как естественные "ядра", способные вызывать осадки, 2 - ген белка, отвечающего за кристаллизацию льда, переносится в дрожжи, 3 - организмы дополняются молочными белками и ароматизаторами, 4 - выброс культуры в небе вызывает снег из мороженого (иллюстрации Cloud Project).

Фургончик Зои и Кэтрин - является одним из пробных шаров, который может подсластить приход нанотехнологий в массы. Или предупредить об опасности экспериментов с природой без должной "разведки".

Эта двойственность - то, что привлекло в проект Мейнарда. Он говорит, что геоинжиниринг позволяет средствами нанометрового "калибра" воздействовать на Землю в мегамасштабе. И что реальное применение таких технологий - это своего рода проверка человечества на зрелость.

В то же время учёные должны помнить, что если какая-то гипотеза оказалась ошибочной, а на её основе уже развернули "боевые действия" (не важно, против глобального потепления или массового голода), у людей останется не так уж много возможностей "перемотать плёнку назад" и начать всё заново. И после этого назовёте вы облака из мороженого пустой забавой?