Hoy invitamos a nuestros lectores a mirar hacia el futuro. Te contaremos sobre experimentos científicos que pueden mejorar nuestras vidas en las próximas décadas. Muy pronto podremos disfrutar de los frutos de esta investigación científica.
La implantación de chips en el cuerpo humano
Este dispositivo fue inventado en el Centro de Investigación de la NASA en California. Es un nanotubo de carbono que se puede implantar debajo de la piel.
norte
Imagínese una microcápsula "inteligente", cosida al cuerpo humano, que inyecta un medicamento vital para un individuo en la sangre en el momento adecuado y en las dosis adecuadas. Tal adaptación puede salvar a cientos de miles de personas enfermas que necesitan tomar medicamentos constantemente. Por ejemplo, si las células de los islotes de Langerhans del páncreas, que normalmente producen insulina, se colocan en nanotubos, pueden usarse para tratar la diabetes.
Se planea implantar una de las modificaciones de dicho dispositivo en los astronautas. La idea es que los nanotubos contienen material biológico (células vivas) que reacciona, por ejemplo, a un aumento de la radiación de las erupciones solares y libera un fármaco que protege el cuerpo del astronauta. Las células de los nanotubos pueden modificarse genéticamente para producir las sustancias necesarias en respuesta a los cambios ambientales.
Proteger a una persona de la radiación puede, por ejemplo, la proteína G-CSF, una sustancia que ya se usa en la radioterapia de pacientes con cáncer. Los nanotubos de carbono deben tener poros que permitan que las células crezcan y se dividan, y que los medicamentos se liberen en el huésped. Las cápsulas ahora se están probando en animales. Pero en un futuro cercano, los científicos pasarán a realizar experimentos con voluntarios.
Video promocional:
Máquinas que absorben dióxido de carbono de la atmósfera
El cambio climático que se avecina en el planeta se ha debatido durante mucho tiempo en todos los niveles de la sociedad. La principal causa del calentamiento global es el dióxido de carbono, que es producido en grandes cantidades por las plantas industriales y los sistemas de transporte de todo el mundo. La firma canadiense Carbon Engineering espera marcar la diferencia al extraer químicamente este gas de la atmósfera. El dispositivo, inventado por los especialistas de la empresa, puede aspirar aire y pasarlo a través de una solución de hidróxido. Como resultado de esto, el dióxido de carbono se convierte en un sedimento de carbono sólido: dióxido de carbono. Y ya se puede utilizar con fines industriales o simplemente enterrarse en el suelo.
Esta máquina fue probada el año pasado y funcionó durante 500 horas, extrayendo con éxito dióxido de carbono del aire. El próximo experimento durará varios miles de horas. Los ingenieros están interesados en cómo responderá el dispositivo a las diferentes condiciones climáticas.
La empresa espera desarrollar un piloto comercial en 2013. Cada uno de los módulos del dispositivo se parecerá a una torre de enfriamiento gigante de una planta de energía nuclear y podrá extraer 1 millón de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera por año. Nuestra civilización produce anualmente 30 mil millones de toneladas de este gas, es decir, se necesitarán 30 mil módulos para neutralizar por completo la influencia de la humanidad en el clima del planeta.
Resolviendo el problema de los superconductores
Los superconductores son el futuro de la transmisión y el almacenamiento de electricidad. Estos materiales tienen una resistencia muy baja, casi nula. Se pueden utilizar para fabricar cables y baterías para sistemas de energía. Pero el problema es que todos los superconductores conocidos actualmente lo son solo a temperaturas muy bajas: menos de - 163 ° C. Por lo tanto, deben estar refrigerados y bien aislados, lo que en sí mismo es muy costoso. Se requiere encontrar materiales que sean superconductores a temperaturas más altas. Y esto ya es competencia de la física cuántica y sus complejas leyes relativas al comportamiento de las partículas subatómicas. La solución al problema está más allá del poder de las computadoras modernas. Pero los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. Han desarrollado un "estimulador cuántico", un sistema informático quelo que ayudará a los investigadores a planificar y estimular las interacciones entre partículas cuánticas y simplemente leer información sobre los resultados de estas interacciones. Por tanto, será posible comparar superconductores conocidos con otros materiales y buscar uno adecuado entre ellos.
Creación de un modelo unificado de todas las leyes y fenómenos de la física
El Modelo Estándar de Física de Partículas es actualmente el mejor sistema para comprender el comportamiento de las partículas subatómicas en la materia. Sin embargo, no puede explicar los fenómenos de la gravedad y la expansión del Universo, que ocurren a una velocidad creciente. La creación de un modelo único que cubrirá todos los fenómenos físicos conocidos en la naturaleza será un gran avance en la ciencia, comparable al desarrollo de la teoría cuántica. Láseres, dispositivos microelectrónicos, relojes ultraprecisos ahora funcionan sobre la base de la teoría cuántica, se han creado códigos irrecuperables, es decir, muchas cosas en las que ni siquiera se pensaba hasta que se formuló la teoría.
¿Cómo puede la realidad que nos rodea desviarse de las predicciones del modelo estándar? La respuesta aparecerá después de los experimentos llevados a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones, un acelerador de partículas gigante. Trabaja con grandes energías. hay una colisión de partículas: protones. La colisión de electrones y positrones será más prometedora, ya que en este experimento se puede configurar y cambiar la energía de cada colisión y estudiar estados finales más simples. Pero estas partículas no se pueden acelerar en círculo, ya que en este caso darán su energía en todas direcciones. Este fenómeno se conoce como radiación de sincrotrón. La solución está en la superficie: debes acelerarlos en línea recta usando un acelerador lineal. Es precisamente una estructura de este tipo la que se planea erigir en un futuro próximo. Su longitud será de 50 kilómetros. Se puede construir en Japón,América, Suiza o Rusia.
Enfermedad de Alzheimer en placas de Petri
Actualmente hay 26 millones de personas con la enfermedad de Alzheimer en el mundo. Esto es más que la población de toda Australia. Hay 800.000 pacientes de este tipo en el Reino Unido. Se espera que estos números se dupliquen para 2050. La causa de la enfermedad aún se desconoce y no existe un tratamiento eficaz. Los pacientes solo pueden mejorar ligeramente su calidad de vida. Para estudiar la enfermedad, se necesitan muestras del tejido cerebral de una persona viva, pero por razones obvias es imposible obtenerlas. Y en este caso, es inútil experimentar con animales, porque solo las personas son susceptibles a esta enfermedad. Por tanto, es difícil sobreestimar la importancia del trabajo de dos grupos independientes de investigadores de la Universidad de Cambridge y California. Pudieron cultivar células cerebrales en el laboratorio y observar el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer directamente en placas de Petri. Gestionado para averiguarque la enfermedad comienza con una acumulación gradual de pequeñas anomalías celulares. Los científicos tomaron células de la piel de pacientes en cuya familia había pacientes, de los cuales recibieron células madre que pueden convertirse en cualquier otra, por ejemplo, células cerebrales. Estudian el efecto de varias sustancias para encontrar medios para detener el desarrollo de la enfermedad. Los investigadores esperan completar con éxito el proyecto en los próximos tres a cinco años.
Búsqueda de civilizaciones extraterrestres
Desde 1995, cuando se descubrió la primera estrella similar al Sol con los planetas circundantes, 51 Pegasi y su planeta Bellerophon, los astrofísicos comenzaron a estudiar alrededor de 760 planetas para determinar la existencia de una civilización en ellos. Resulta que estos planetas, que están aproximadamente a la misma distancia de sus soles que la Tierra de su estrella, reciben mucha menos luz y calor de ellos.
norte
El astrofísico y profesor de la Universidad de Colorado Webster Cash propuso un dispositivo de "atenuación de estrellas": una nave espacial especial que puede bloquear la luz de una estrella, permitiendo que los instrumentos sensibles del telescopio estudien cualquier planeta. Esto permitirá el examen espectroscópico de la luz de estos planetas para determinar su composición química y la presencia o ausencia de atmósfera. También puede averiguar si hay vapor de agua alrededor de los planetas. El biomarcador clave, es decir, una sustancia que habla de la presencia de vida, es el oxígeno. Esto es lo que los investigadores están tratando de encontrar.
Desarrollo de nuevos motores para naves espaciales
Lanzar una nave espacial a la órbita de la Tierra es una tarea bastante difícil. En este caso, la velocidad de la nave espacial debe ser 25 veces la velocidad del sonido. Esto requiere un armatoste de varias etapas con una gran cantidad de combustible a bordo que, si explota accidentalmente, se parecerá a la explosión de una pequeña bomba nuclear. Además de este peligro, también existe un problema financiero. Un vuelo así cuesta decenas de miles de dólares por kilogramo de carga en el cohete. Pero esta situación puede cambiarse pronto.
La empresa británica Reaction Engines ha diseñado una nave espacial no tripulada reutilizable Skylon, desprovista de las desventajas anteriores. La clave del éxito de este proyecto es el desarrollo de un motor espacial SABRE de sistema completamente nuevo que puede operar en dos modos: un motor a reacción (turbina de gas) y un motor de cohete.
El combustible principal es el hidrógeno y el oxígeno es el agente oxidante. Durante el despegue y el aterrizaje, el oxígeno ingresará al motor directamente desde la atmósfera. Y después de ir al espacio, entrarán en juego los tanques internos con el oxidante. Los componentes principales del nuevo motor ya se han creado y se están preparando para pruebas exhaustivas. En caso de éxito y ejecución del proyecto, el costo de lanzamiento de naves espaciales a la órbita de la Tierra se reducirá entre 15 y 50 veces. La masa máxima de carga útil que Skylon puede enviar al espacio será de 12 a 15 toneladas para una altitud de 300 kilómetros y de 9,5 a 10,5 toneladas para una altitud de 460 kilómetros.
Cultivo de "super trigo"
Para alimentar a la población de la Tierra, se requieren tierras agrícolas con un área del tamaño de América del Sur. Los científicos están tratando de encontrar formas más eficientes de obtener alimentos. Los expertos del Consorcio de Rendimiento de Trigo creen que una forma de abordar este problema es criar “super trigo”, una planta modificada para producir más biomasa comestible. El objetivo del desarrollo es aumentar los rendimientos en un 50% durante 25 años. ¿Pero cómo? Mejorando la eficiencia de la fotosíntesis. La fotosíntesis es un proceso en las plantas para la formación de materia orgánica a partir de dióxido de carbono y agua a la luz con la participación de pigmentos fotosintéticos (clorofila en plantas, bacterioclorofila y bacteriorrodopsina en bacterias). Se planea aumentar la eficiencia de este proceso al influir en una de las enzimas,que es responsable de la primera etapa de la fotosíntesis: la fijación de carbono. Aquí puede utilizar métodos bioquímicos y genéticos. El proyecto aún está poco financiado, pero los primeros experimentos ya comenzaron en México.
Creación de centrales nucleares seguras
En 1954, se construyó en Obninsk la primera central nuclear del mundo. Desde entonces, la energía nuclear ha sido aclamada como una fuente inagotable de energía para el futuro. Sin embargo, después de los conocidos eventos de Chernobyl y Fukushima, quedó claro que tales centrales eléctricas representan un gran peligro. En relación con este problema, se está desarrollando un proyecto llamado ITER (ITER), el reactor termonuclear más grande del mundo, que ahora se está construyendo en Francia gracias a los esfuerzos conjuntos de la Unión Europea, India, China, Corea del Sur, Rusia, Estados Unidos y Japón. Un reactor termonuclear es mucho más seguro que un reactor nuclear en términos de radiación. La cantidad de sustancias radiactivas que se utilizan en él es relativamente pequeña. La energía que puede liberarse como resultado de un accidente también es pequeña y no puede conducir a la destrucción del reactor. El diseño del reactor es tal que existen barreras naturales en él,prevenir la propagación de sustancias radiactivas. No obstante, al diseñar el ITER se prestó mucha atención a la seguridad radiológica, tanto durante el funcionamiento normal como durante posibles accidentes. La energía que contiene será producida por la fusión de núcleos de deuterio y tritio (isótopos de hidrógeno con neutrones adicionales). Este combustible es seguro ya que no hay reacción en cadena al usarlo. Como resultado, no se produce contaminación radiactiva a largo plazo. Además, hay mucho deuterio en el agua de mar y el tritio se obtiene fácilmente del litio. La energía que contiene será producida por la fusión de núcleos de deuterio y tritio (isótopos de hidrógeno con neutrones adicionales). Este combustible es seguro ya que no hay reacción en cadena al usarlo. Como resultado, no se produce contaminación radiactiva a largo plazo. Además, hay mucho deuterio en el agua de mar y el tritio se obtiene fácilmente del litio. La energía que contiene será producida por la fusión de núcleos de deuterio y tritio (isótopos de hidrógeno con neutrones adicionales). Este combustible es seguro ya que no hay reacción en cadena al usarlo. Como resultado, no se produce contaminación radiactiva a largo plazo. Además, hay mucho deuterio en el agua de mar y el tritio se obtiene fácilmente del litio.
Máquinas que pueden editar ADN
La posibilidad de cambiar el ADN humano ha ocupado durante mucho tiempo la mente de científicos y médicos de todo el mundo. Desde que se conoció la dependencia de diversas enfermedades de la secuencia del genoma de un organismo vivo, se han llevado a cabo muchos estudios genéticos, de ingeniería genética y bioquímicos para desarrollar métodos de tratamiento utilizando cambios en el ADN. El comienzo de muchos descubrimientos en biología está asociado con las bacterias. Se trata de criaturas relativamente simples, en las que están representados muchos procesos fundamentales que ocurren en el cuerpo humano. Ya ahora, con su ayuda, se está llevando a cabo la síntesis industrial de sustancias medicinales. Para que los microbios sirvan a una persona de la manera que necesita, los científicos han aprendido a realizar los cambios apropiados en su ADN. Sin embargo, estos experimentos requieren mucho tiempo, esfuerzo y gastos y no siempre tienen éxito.
En un futuro cercano, la corporación estadounidense LS9 proporcionará a la población combustible, medicamentos y, quizás, incluso alimentos económicos. Todo esto se producirá en biorreactores basados en materias primas baratas: diversos desechos orgánicos, astillas de madera, etc. Uno de los líderes del proyecto, George Church, junto con sus colegas, desarrolló un nuevo enfoque para obtener microorganismos con las propiedades requeridas. La nueva tecnología se denomina MAGE (ingeniería genómica multiplex automatizada), es decir, “ingeniería genómica multiplexada automatizada”. Se basa en un nuevo dispositivo que bien podría denominarse "máquina de evolución".
Le permite realizar 50 cambios en el ADN bacteriano al mismo tiempo, es decir, verificar 50 variantes en un experimento. Y cuando la elección es tan grande, es más fácil y rápido encontrar lo que necesita. Los científicos ahora están buscando microbios "combustibles" que sinteticen varias mezclas de hidrocarburos, de composición similar al combustible para automóviles. La primera instalación experimental de este tipo se inauguró el año pasado en San Francisco y ya emplea químicos de bacterias de primera generación. A partir de la caña de azúcar, producen cientos de galones de biocombustible a la semana. Este combustible es cristalino y cumple con los estándares internacionales.
Los autores del desarrollo creen que el principio de evolución acelerada en la máquina permitirá obtener bacterias modificadas que sintetizarán en grandes cantidades nutrientes baratos y diversos fármacos.
Bill Haywood, ejecutivo del proyecto LS9, es optimista: "Curaremos el mundo". Realmente quiero creer que así será.
Revista: Secretos del siglo XX №41. Autor: Irina Bakhlanova
