Aujourd'hui, nous invitons nos lecteurs à se tourner vers l'avenir. Nous vous parlerons d'expériences scientifiques qui pourraient changer nos vies pour le mieux dans les décennies à venir. Très bientôt, nous pourrons profiter des fruits de cette recherche scientifique.
L'implantation de puces dans le corps humain
Cet appareil a été inventé au centre de recherche de la NASA en Californie. C'est un nanotube de carbone qui peut être implanté sous la peau.
Imaginez une microcapsule «intelligente», cousue dans le corps humain, qui injecte dans le sang un médicament vital pour un individu au bon moment et aux bonnes doses. Une telle adaptation peut sauver des centaines de milliers de personnes malades qui doivent constamment prendre des médicaments. Par exemple, si des cellules des îlots de Langerhans du pancréas, qui produisent normalement de l'insuline, sont placées dans des nanotubes, elles peuvent être utilisées pour traiter le diabète.
L'une des modifications d'un tel dispositif est prévue pour être implantée chez les astronautes. L'idée est que les nanotubes contiennent du matériel biologique (cellules vivantes) qui réagit, par exemple, à une augmentation du rayonnement des éruptions solaires et libère un médicament qui protège le corps de l'astronaute. Les cellules des nanotubes peuvent être génétiquement modifiées pour produire les substances requises en réponse aux changements environnementaux.
La protection d'une personne contre les radiations peut, par exemple, la protéine G-CSF - une substance qui est déjà utilisée en radiothérapie des patients cancéreux. Les nanotubes de carbone doivent avoir des pores qui permettent aux cellules de se développer et de se diviser, et de libérer des médicaments dans l'hôte. Les capsules sont actuellement testées sur les animaux. Mais dans un proche avenir, les scientifiques passeront à des expériences sur des volontaires.
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Machines qui absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère
Le changement climatique à venir sur la planète fait depuis longtemps l'objet de discussions à tous les niveaux de la société. La principale cause du réchauffement climatique est le dioxyde de carbone, qui est produit en grandes quantités par les installations industrielles et les systèmes de transport du monde entier. L'entreprise canadienne Carbon Engineering espère faire la différence en extrayant chimiquement ce gaz de l'atmosphère. L'appareil, inventé par les spécialistes de l'entreprise, peut aspirer de l'air et le faire passer à travers une solution d'hydroxyde. En conséquence, le dioxyde de carbone se transforme en un sédiment de carbone solide - le dioxyde de carbone. Et il peut déjà être utilisé à des fins industrielles ou simplement enterré dans le sol.
Cette machine a été testée l'année dernière et a fonctionné pendant 500 heures, réussissant à extraire le dioxyde de carbone de l'air. La prochaine expérience durera plusieurs milliers d'heures. Les ingénieurs s'intéressent à la manière dont l'appareil réagira aux différentes conditions météorologiques.
L'entreprise espère développer un pilote commercial en 2013. Chacun des modules de l'appareil ressemblera à une tour de refroidissement géante d'une centrale nucléaire et pourra extraire 1 million de tonnes de dioxyde de carbone de l'atmosphère par an. Notre civilisation produit annuellement 30 milliards de tonnes de ce gaz, c'est-à-dire qu'il faudra 30 mille modules pour neutraliser complètement l'influence de l'humanité sur le climat de la planète.
Résoudre le problème des supraconducteurs
Les supraconducteurs sont l'avenir du transport et du stockage de l'électricité. Ces matériaux ont une résistance très faible, presque nulle. Ils peuvent être utilisés pour fabriquer des câbles et des batteries pour les systèmes d'alimentation. Mais le problème est que tous les supraconducteurs actuellement connus ne le sont qu'à des températures très basses: moins de - 163 ° C. Par conséquent, ils doivent être refroidis et bien isolés, ce qui en soi est très coûteux. Il est nécessaire de trouver des matériaux supraconducteurs à des températures plus élevées. Et cela relève déjà de la compétence de la physique quantique et de ses lois complexes concernant le comportement des particules subatomiques. La solution au problème dépasse la puissance des ordinateurs modernes. Mais des scientifiques de l'Institut national américain des normes et de la technologie ont mis au point un «stimulateur quantique» - un système informatique quiqui aidera les chercheurs à planifier et à stimuler les interactions entre les particules quantiques et à simplement lire des informations sur les résultats de ces interactions. Ainsi, il sera possible de comparer des supraconducteurs connus avec d'autres matériaux et d'en rechercher un adapté parmi eux.
Création d'un modèle unifié de toutes les lois et phénomènes de la physique
Le modèle standard de physique des particules est actuellement le meilleur système pour comprendre le comportement des particules subatomiques dans la matière. Cependant, il ne peut expliquer les phénomènes de gravité et d'expansion de l'Univers, se produisant à une vitesse croissante. La création d'un modèle unique qui couvrira tous les phénomènes physiques connus dans la nature sera une percée frappante en science, comparable au développement de la théorie quantique. Les lasers, les dispositifs microélectroniques, les horloges ultra-précises fonctionnent désormais sur la base de la théorie quantique, des codes irrécupérables ont été créés, c'est-à-dire beaucoup de choses auxquelles on n'avait même pas pensé jusqu'à la formulation de la théorie.
Comment la réalité qui nous entoure peut-elle s'écarter des prédictions du modèle standard? La réponse apparaîtra après des expériences menées au Grand collisionneur de hadrons - un accélérateur de particules géant. Il travaille avec de grandes énergies. il y a une collision de particules - protons. La collision d'électrons et de positrons sera plus prometteuse, car dans cette expérience, on peut définir et modifier l'énergie de chaque collision et étudier des états finaux plus simples. Mais ces particules ne peuvent pas être accélérées en cercle, car dans ce cas elles donneront leur énergie dans toutes les directions. Ce phénomène est connu sous le nom de rayonnement synchrotron. La solution réside dans la surface: vous devez les accélérer en ligne droite à l'aide d'un accélérateur linéaire. C'est précisément une telle structure qui devrait être érigée dans un proche avenir. Sa longueur sera de 50 kilomètres. Il peut être construit au Japon,Amérique, Suisse ou Russie.
Maladie d'Alzheimer sur boîtes de Pétri
Il y a actuellement 26 millions de personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer dans le monde. C'est plus que la population de toute l'Australie. Il y a 800 000 patients de ce type au Royaume-Uni. Ces chiffres devraient doubler d'ici 2050. La cause de la maladie est encore inconnue et il n'existe aucun traitement efficace. Les patients ne peuvent que légèrement améliorer leur qualité de vie. Pour étudier la maladie, des échantillons de tissu cérébral d'une personne vivante sont nécessaires, mais pour des raisons évidentes, il est impossible de les obtenir. Et dans ce cas, il est inutile d'expérimenter sur les animaux, car seules les personnes sont sensibles à cette maladie. Par conséquent, il est difficile de surestimer l'importance des travaux de deux groupes indépendants de chercheurs de l'Université de Cambridge et de Californie. Ils ont pu faire pousser des cellules cérébrales en laboratoire et observer le développement de la maladie d'Alzheimer directement sur des boîtes de Pétri. J'ai réussi à découvrirque la maladie commence par une accumulation progressive de petites anomalies cellulaires. Les scientifiques ont prélevé des cellules cutanées de patients dans la famille desquels se trouvaient des patients, dont ils ont reçu des cellules souches qui peuvent se transformer en n'importe quelle autre cellule cérébrale, par exemple. Ils étudient l'effet de diverses substances afin de trouver des moyens d'arrêter le développement de la maladie. Les chercheurs espèrent une réussite du projet dans les trois à cinq prochaines années.
Recherche de civilisations extraterrestres
Depuis 1995, lorsque la première étoile semblable au Soleil avec les planètes environnantes - 51 Pegasi et sa planète Bellerophon - a été découverte, les astrophysiciens ont commencé à étudier environ 760 planètes pour l'existence d'une civilisation sur elles. Il s'avère que ces planètes, qui sont à peu près à la même distance de leur soleil que la Terre de leur étoile, reçoivent beaucoup moins de lumière et de chaleur de leur part.
L'astrophysicien et professeur à l'Université du Colorado, Webster Cash, a proposé un "gradateur d'étoiles" - un vaisseau spatial spécial qui peut bloquer la lumière d'une étoile, permettant aux instruments sensibles du télescope d'étudier n'importe quelle planète. Cela permettra un examen spectroscopique de la lumière de ces planètes pour déterminer leur composition chimique et la présence ou l'absence d'une atmosphère. Vous pouvez également savoir s'il y a de la vapeur d'eau autour des planètes. Le biomarqueur clé, c'est-à-dire une substance qui parle de la présence de la vie, est l'oxygène. C'est ce que les chercheurs tentent de trouver.
Développement de nouveaux moteurs pour engins spatiaux
Lancer un vaisseau spatial sur l'orbite terrestre est une tâche assez difficile. Dans ce cas, la vitesse de l'engin spatial doit être 25 fois la vitesse du son. Cela nécessite une coque à plusieurs étages avec une grande quantité de carburant à bord, qui, en cas d'explosion accidentelle, ressemblera à l'explosion d'une petite bombe nucléaire. En plus de ce danger, il y a aussi un problème financier. Un tel vol coûte des dizaines de milliers de dollars par kilogramme de fret dans la fusée. Mais cet état de fait peut bientôt être changé.
La société britannique Reaction Engines a conçu un vaisseau spatial sans pilote réutilisable Skylon, dépourvu des inconvénients ci-dessus. La clé du succès de ce projet est le développement d'un tout nouveau système de moteur spatial SABRE pouvant fonctionner selon deux modes: un moteur à réaction (turbine à gaz) et un moteur-fusée.
Le principal carburant est l'hydrogène et l'oxygène est l'agent oxydant. Pendant le décollage et l'atterrissage, l'oxygène pénètre dans le moteur directement depuis l'atmosphère. Et après être allé dans l'espace, les réservoirs internes contenant l'oxydant entreront en jeu. Les principaux composants du nouveau moteur ont été créés et sont en cours de préparation pour des tests approfondis. En cas de succès et de mise en œuvre du projet, le coût de lancement de l'engin spatial sur l'orbite terrestre diminuera de 15 à 50 fois. La masse maximale de charge utile que Skylon peut livrer dans l'espace sera de 12 à 15 tonnes pour une altitude de 300 kilomètres et de 9,5 à 10,5 tonnes pour une altitude de 460 kilomètres.
Cultiver du «super blé»
Afin de nourrir la population de la Terre, des terres agricoles d'une superficie de la taille de l'Amérique du Sud sont nécessaires. Les scientifiques essaient de trouver des moyens plus efficaces d'obtenir de la nourriture. Les experts du Wheat Yield Consortium estiment qu'une façon de s'attaquer à ce problème est de produire du «super blé», une plante modifiée pour produire plus de biomasse comestible. L'objectif du développement est d'augmenter les rendements de 50% sur 25 ans. Mais comment? En améliorant l'efficacité de la photosynthèse. La photosynthèse est un processus chez les plantes de formation de matière organique à partir de dioxyde de carbone et d'eau à la lumière avec la participation de pigments photosynthétiques (chlorophylle dans les plantes, bactériochlorophylle et bactériorhodopsine dans les bactéries). Il est prévu d'augmenter l'efficacité de ce processus en influençant l'une des enzymes,qui est responsable de la première étape de la photosynthèse - la fixation du carbone. Ici, vous pouvez utiliser des méthodes biochimiques et génétiques. Le projet est encore mal financé, mais les premières expériences ont déjà commencé au Mexique.
Création de centrales nucléaires sûres
En 1954, la première centrale nucléaire du monde a été construite à Obninsk. L'énergie nucléaire a depuis été saluée comme une source d'énergie inépuisable pour l'avenir. Cependant, après les événements bien connus de Tchernobyl et de Fukushima, il est devenu clair que de telles centrales représentaient un danger énorme. Dans le cadre de ce problème, un projet appelé ITER (ITER) est en cours de développement - le plus grand réacteur thermonucléaire du monde, qui est actuellement construit en France grâce aux efforts conjoints de l'Union européenne, de l'Inde, de la Chine, de la Corée du Sud, de la Russie, des États-Unis et du Japon. Un réacteur thermonucléaire est beaucoup plus sûr qu'un réacteur nucléaire en termes de rayonnement. La quantité de substances radioactives qui y est utilisée est relativement faible. L'énergie qui peut être libérée à la suite d'un accident est également faible et ne peut pas conduire à la destruction du réacteur. La conception du réacteur est telle qu'il y a des barrières naturelles,prévenir la propagation de substances radioactives. Néanmoins, lors de la conception d'ITER, une grande attention a été accordée à la sûreté radiologique - à la fois pendant le fonctionnement normal et lors d'éventuels accidents. L'énergie qu'il contient sera produite par la fusion de noyaux de deutérium et de tritium (isotopes de l'hydrogène avec des neutrons supplémentaires). Ce carburant est sûr car il n'y a pas de réaction en chaîne lors de son utilisation. En conséquence, aucune contamination radioactive à long terme ne se produit. De plus, l'eau de mer contient beaucoup de deutérium et le tritium est facilement obtenu à partir du lithium. L'énergie qu'il contient sera produite par la fusion de noyaux de deutérium et de tritium (isotopes de l'hydrogène avec des neutrons supplémentaires). Ce carburant est sûr car il n'y a pas de réaction en chaîne lors de son utilisation. En conséquence, aucune contamination radioactive à long terme ne se produit. De plus, l'eau de mer contient beaucoup de deutérium et le tritium est facilement obtenu à partir du lithium. L'énergie qu'il contient sera produite par la fusion de noyaux de deutérium et de tritium (isotopes de l'hydrogène avec des neutrons supplémentaires). Ce carburant est sûr car il n'y a pas de réaction en chaîne lors de son utilisation. En conséquence, aucune contamination radioactive à long terme ne se produit. De plus, l'eau de mer contient beaucoup de deutérium et le tritium est facilement obtenu à partir du lithium.
Machines capables de modifier l'ADN
La possibilité de changer l'ADN humain a longtemps occupé l'esprit des scientifiques et des médecins du monde entier. Depuis qu'il est devenu connu de la dépendance de diverses maladies à la séquence du génome d'un organisme vivant, de nombreuses études génétiques, génétiques et biochimiques ont été menées pour développer des méthodes de traitement utilisant des modifications de l'ADN. Le début de nombreuses découvertes en biologie est associé aux bactéries. Ce sont des créatures relativement simples, dans lesquelles de nombreux processus fondamentaux se produisant dans le corps humain sont représentés. Déjà maintenant, avec leur aide, une synthèse industrielle de substances médicinales est en cours. Pour que les microbes servent une personne comme il en a besoin, les scientifiques ont appris à apporter les changements appropriés à leur ADN. Cependant, de telles expériences nécessitent beaucoup de temps, d'efforts et de dépenses et ne réussissent pas toujours.
Dans un proche avenir, la société américaine LS9 va fournir à la population du carburant, des médicaments et peut-être même de la nourriture à bas prix. Tout cela sera produit dans des bioréacteurs à base de matières premières bon marché - divers déchets organiques, copeaux de bois, etc. L'un des chefs de projet, George Church, avec ses collègues, a développé une nouvelle approche pour obtenir des micro-organismes ayant les propriétés requises. La nouvelle technologie s'appelle MAGE (Génie génomique automatisé multiplex), c'est-à-dire «génie génomique multi-automatisé». Il est basé sur un nouvel appareil que l'on pourrait bien appeler une "machine d'évolution".
Il vous permet de faire 50 changements dans l'ADN bactérien en même temps, c'est-à-dire de vérifier 50 variantes en une seule expérience. Et lorsque le choix est si grand, il est plus facile et plus rapide de trouver ce dont vous avez besoin. Les scientifiques recherchent maintenant des microbes «carburants» qui synthétiseront divers mélanges d'hydrocarbures, de composition similaire à celle du carburant automobile. La première installation expérimentale de ce type a été lancée l'année dernière à San Francisco et emploie déjà des bactéries-chimistes de première génération. À partir de la canne à sucre, ils produisent des centaines de gallons de biocarburant par semaine. Ce carburant est limpide et répond aux normes internationales.
Les auteurs du développement pensent que le principe d'évolution accélérée dans la machine permettra d'obtenir de telles bactéries modifiées qui synthétiseront en grande quantité des nutriments bon marché et divers médicaments.
Bill Haywood, directeur du projet LS9, est optimiste: «Nous allons guérir le monde». Je veux vraiment croire qu'il en sera ainsi.
Magazine: Secrets du 20e siècle №41. Auteur: Irina Bakhlanova