Природное проявление: не лишний вес белых медведей и охлаждение звуком
Норвежские ученые получили неожиданные данные о белых медведях Баренцева моря: за последние 20–30 лет они постепенно набирают вес, несмотря на сокращение ледового покрова из-за глобального потепления. Это свидетельствует о том, что животные хорошо адаптировались к новым условиям и переключились на добычу, обитающую на суше. Шведские исследователи создали крошечный квантовый «холодильник», в котором для охлаждения используется шум. Ранее звуковые вибрации считались помехой и подавлялись, однако теперь специалистам удалось обратить их в преимущество. Подробнее об этих и других открытиях из мира науки — в еженедельной рубрике «Известий».
Будущих врачей научат анатомии на моделях их собственных органов
На кафедре анатомии и гистологии человека Сеченовского университета открылась Инновационная научная школа прикладной 3D-анатомии. В ней запускают производство трехмерных моделей костей, суставов, мышц, органов, сосудов — наглядных материалов, которые нужны для преподавания фундаментальных дисциплин в медицине. Напечатанные копии с высокой точностью повторяют естественную анатомию человека и по уровню детализации не уступают кадаверному (трупному) материалу, рассказали «Известиям» ученые.
По их словам, 3D-печать дает неограниченную вариативность в визуализации отдельных органов или систем человека. Как правило, студенты, ординаторы, молодые врачи привыкают работать с одним тренажером, запоминают какое-то типовое строение. Встречая орган с аномальным развитием, они с трудом могут отойти от шаблона. Благодаря трехмерному принтингу можно напечатать столько угодно персонифицированных вариантов.
— Мы можем напечатать любой орган людей разного возраста, со всякими морфологическими параметрами, индивидуальной изменчивостью и различными патологиями. И в этом творческом процессе могут принять участие и студент, и соискатель ученой степени, и практикующий врач. Мы недалеки от того, что студенты смогут изучать фундаментальные дисциплины на собственной 3D-модели, — рассказал «Известиям» старший преподаватель кафедры Вадим Корнилов.
Для ее изготовления потребуется только DICOM-файл компьютерной или магнитно-резонансной томографии той или иной части тела или органа студента, уточнил преподаватель.
Модель раскалывания льда удешевит создание судов для Арктики
Ученые МФТИ разработали первую в России физико-математическую модель, которая реалистично предсказывает, как ломается лед при контакте с корпусом судна. Это позволит сократить дорогостоящие натурные испытания при строительстве ледоколов, заранее просчитать риски аварий и спроектировать более совершенные суда для Арктики.
— Лед — материал сложный. Под нагрузкой он ведет себя то как упругое стекло, то как пластилин, а затем внезапно крошится. То есть не просто ломается, а сначала деформируется и накапливает напряжение. Мы разработали подход, который позволяет учитывать эти эффекты с высокой точностью, — сказал научный руководитель кафедры вычислительной физики МФТИ Игорь Петров.
В настоящее время для моделирования этого процесса ученые используют сложные компьютерные расчеты на основе методов дискретных элементов. При этом существующие модели пока не способны полностью отразить всю сложность поведения льда: его способность одновременно вести себя как хрупкое тело, раскалываясь на осколки, и как пластичный материал, постепенно деформируясь под давлением.
Дроны будут имитировать мышление птиц
Исследователи из Института ИИ МФТИ и МГУ впервые описали механизм мышления птиц, который позволяет им различать предметы с разными свойствами. Этот естественный процесс мозга намного эффективнее его электронных аналогов. Обычным нейросетям для этого требуются суперкомпьютеры и терабайты данных, в то время как любой цыпленок методом проб и ошибок может быстро научиться отличать, например, съедобное от несъедобного. Открытую исследователями архитектуру ученые смогут использовать для создания роботов или дронов, которые будут способны самообучаться в процессе работы и выполнять задачи, которые ранее были доступны только человеку.
Понять, как мыслят птицы, разработчикам помог специальный эксперимент с обыкновенными курами. В экспериментальной камере разместили пластину из оргстекла с приклеенными бусинами разных цветов. Между ними рассыпали корм, количество гранул которого примерно соответствовало числу бусин. Птица, совершая клевки, должна была научиться отличать съедобные зерна от несъедобных бусин, формируя категорию «несъедобное». С помощью камер специалисты отслеживали поведение птиц и анализировали логику их принятия решений.
— Цель заключалась в определении момента формирования категории в процессе обучения. Результаты показали, что при последовательном предъявлении категория формируется, однако алгоритм категоризации зависит от порядка предъявления цветов. Этот феномен может быть связан как с врожденными функциональными системами цыплят, так и с их индивидуальным опытом, — сказала сотрудник МГУ, аспирант биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Екатерина Диффинэ.
Поведение птиц оказалось закономерным: в среднем частота ошибок — клевков по бусинам вместо корма — снижалась, и птицы постепенно формировали новую категорию объектов — «несъедобное». Ученые описали эту закономерность с помощью математической модели, которая позволяет предсказывать последовательность действий птицы.
Белые медведи в Баренцевом море прибавляют в весе
Уменьшение ледового покрова в Арктике угрожает белым медведям, сокращая их охотничьи территории. Команда норвежских ученых проанализировала связь между изменением площади морского льда и содержанием жира в организме 770 взрослых белых медведей, используя данные за период с 1995 по 2019 год. Несмотря на значительное сокращение льдов, животные в среднем набрали вес, что свидетельствует о хорошей адаптации к новым условиям. Хищники всё чаще переключаются на наземную добычу, включая северных оленей и тюленей, численность которых растет в более теплой среде.
— Мы видим, что белые медведи вполне неплохо себя чувствуют в нынешних условиях на Шпицбергене, хотя они и сильно отличаются от тех, что были 20–30 лет назад. Это не значит, что белые медведи продолжат хорошо себя чувствовать в будущем, если морской лед сохранится, — сказал Йон Аарс из Норвежского полярного института в Тромсе.
Исследование было проведено в районе острова Шпицберген, расположенного в Баренцевом море, где наблюдается одна из самых экстремальных потерь морского льда в Арктике.
Квантовый компьютер охладили с помощью шума
Квантовые компьютеры работают только при очень низкой температуре. Однако современные системы охлаждения также создают шумы, которые могут мешать работе хрупкой системы. Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции представили новый тип крошечного квантового «холодильника», который использует звуковые вибрации для управления потоком тепла и энергии.
Квантовые компьютеры, построенные с использованием сверхпроводящих схем, должны охлаждаться до температур, близких к абсолютному нулю (около –273°C). Даже их незначительные изменения, электромагнитные помехи или фоновый шум могут быстро стереть хранимую информацию. В предложенной системе шум используется в качестве источника силы охлаждения.
— Физики давно предполагали существование явления, называемого броуновским охлаждением. Идея в том, что случайные тепловые флуктуации можно использовать для создания охлаждающего эффекта. Наша работа представляет собой наиболее близкую к реальности реализацию этой концепции на сегодняшний день, — сказал доцент Чалмерса и старший автор исследования Симоне Гаспаринетти.
В основе «холодильника» лежит сверхпроводящая искусственная молекула, которая подключена к нескольким микроволновым каналам. Добавляя тщательно контролируемый микроволновый шум в виде случайных флуктуаций сигнала в узком диапазоне частот, исследователи могут с удивительной точностью управлять перемещением тепла и энергии в системе.
