Ориентация роботов и мрачный океан: открытия недели

Разработан уникальный топливный элемент

В США разработали топливный элемент, который в три раза мощнее литий-ионных батарей, которые сегодня используют практически во всех электромобилях. С учётом небольшого веса новинки она может обеспечить электрификацию авиатранспорта, который создаёт около 30 % парниковых газов в мире. Устройство работает по принципу батареи, но его не нужно долго заряжать, а можно быстро заправить. Топливо — недорогой и доступный жидкий натрий, который взаимодействует с окружающим воздухом — источником атомов кислорода. Слой твёрдого керамического материала служит электролитом и проводит ионы натрия, а пористый электрод помогает топливу химически реагировать с кислородом и вырабатывать электричество. 

Разработанный топливный элемент планируют использовать в региональной электрической авиации. Устройство должно выдавать порядка 1 000 ватт-часов на килограмм (при соблюдении особых условий мощность достигала 1 700). Для сравнения, максимальная ёмкость современных литий-ионных аккумуляторов — около 300 ватт-часов на килограмм.

Главная проблема литий-ионных аккумуляторов — риск возгорания. Это происходит из-за того, что выделяемое при работе тепло стимулирует химическую реакцию, которая заставляет аккумулятор работать активнее и перегреваться Фото: © tomeqs / Shutterstock / FOTODOM

Отходы в таких топливных элементах — оксид натрия, который будет «впитывать» углекислый газ из атмосферы. При взаимодействии с влагой в воздухе это соединение образует гидроксид натрия, который часто используют как щелочной очиститель. Он соединяется с углекислым газом, и получается карбонат натрия, который, в свою очередь, реагирует и «превращается» в бикарбонат натрия (пищевую соду). На выходе безопасный конечный продукт. Кроме того, когда сода попадет в океан, она помогает раскислить воду, противодействуя ещё одному разрушительному воздействию парниковых газов.

Роботов научили ориентироваться без сбоев

Обычно роботы ориентируются в пространстве по метрическим картам — подробным изображениям местности, где отмечена каждая деталь. Эти данные занимают гигабайты памяти, причём со временем они устаревают, и происходят сбои. В отличие от метрических карт, топологические фиксируют лишь связи между ключевыми местами, представляя их в виде графа. По ним машина быстрее планирует маршрут и экономит память. Её главная задача — точно определить своё местоположение в графе. Правда, применение существующих методов, использующих машинное обучение для распознавания мест, связано с ошибками. Чтобы решить эту проблему, команда российских учёных разработала метод топологического картографирования PRISM-TopoMap.

Новый подход сочетает несколько современных технологий обработки данных. Сначала изображения с камер и данных лидара анализируются с помощью улучшенного алгоритма распознавания места MSSPlace-G, что позволяет роботу узнавать, где он, даже когда освещение и ракурс изменились. Прежде чем добавить на карту новую локацию, робот сопоставляет её с уже известными и строит схему узлов и связей.

«Это похоже на то, как человек запоминает новое место. Мы не запоминаем каждую деталь, а выделяем основные ориентиры и связи между ними. Именно этот принцип лежит в основе PRISM-TopoMap», — рассказал один из авторов исследования, старший научный сотрудник и заведующий лабораторией интеллектуального транспорта МФТИ Дмитрий Юдин.

Благодаря PRISM-TopoMap робот может строить и обновлять карту прямо во время движения, при этом не зависеть от глобальных координат. Тестирование системы в реальных условиях показало её эффективность. Программа успешно строит точные и связные карты-схемы даже при наличии погрешности измерений датчиков, обеспечивает полное покрытие пространства, работая значительно быстрее и эффективнее существующих аналогов. Теперь учёные планируют научить систему понимать тип и назначение помещений (различать кухни, коридоры, склады) и совершенствовать алгоритмы прокладки маршрутов по создаваемым схемам.

Тысячи редких генетических заболеваний по анализу крови

Насчитывается более 7 000 типов болезней, вызванных генетическими мутациями, и от них страдают около 300 млн человек во всём мире. Примерно каждый второй, у кого есть подозрение на подобную патологию, не прошёл диагностику, потому что современные методы анализа обычно направлены на одно конкретное заболевание, а результаты не всегда достоверны.

По анализу крови можно оценить состояние иммунной системы организма, уровень гемоглобина, наличие и остроту воспалительного процесса, а также аллергические или паразитарные заболевания Фото: © PeopleImages.com - Yuri A / Shutterstock / FOTODOM

Для решения этой проблемы австралийские учёные разработали новый протеомный метод быстрого тестирования. Он помогает понять, как изменения в последовательности генов влияют на функции соответствующих белков и приводят к патологиям. Тест применим к тысячам различных генетических болезней. Требуется всего 1 мл крови, а результаты будут готовы в течение трёх дней. Если взять и образцы крови родителей, получится трио-анализ. При рецессивно наследуемых заболеваниях это помогает выявить носителей, у которых есть одна копия дефектного гена.

#дети #Сириус #гены #болезни

Болезни-«сироты»: можно ли вылечить от редких недугов?

Читать

Океан темнеет, реки солонеют

За 19 лет более 75 млн км² поверхности Мирового океана (примерно пятая её часть) потемнели. То есть территория, куда проходит солнечный и лунный свет и где находится 90 % всей морской жизни, стала меньше. В новом исследовании, опубликованном в журнале Global Change Biology, учёные использовали спутниковые данные и численное моделирование для анализа ежегодных изменений глубины фотических зон по всей планете. Они обнаружили, что с 2003 по 2022 год 21 % Мирового океана потемнел. Это касается и прибрежных зон, и открытой акватории. На площади более 32 млн км² (примерно 9 % площади поверхности Мирового океана), что сопоставимо с размерами Африки, глубина фотической зоны сократилась более чем на 50 метров, а на 2,6 % площади — более чем на 100 метров. При этом наблюдается и обратный эффект — за время наблюдений около 10 % океана (37 млн км²) стало светлее.

Мировой океан покрывает около 70 % поверхности Земли (361 млн км²) Изображение: © Alones / Shutterstock / FOTODOM

Наиболее заметные изменения глубины фотической зоны в открытом океане наблюдались в верхней части Атлантики, где течет Гольфстрим, а также вокруг Арктики и Антарктики, которые наиболее подвержены влиянию климатических изменений. Затемнения также заметны в прибрежных районах и закрытых морях, таких как Балтийское. Что именно провоцирует этот процесс, пока не совсем ясно, но исследователи предполагают, что это может повлиять на огромное количество морских видов и функции океанских экосистем в целом.

Другая группа ученых, проанализировав данные за 20 лет, зафиксировала устойчивый рост уровня соли в реках и эстуариях Бангладеш. Западные части дельты, которые больше подвержены приливному влиянию, показали самый быстрый рост солености. Этому способствуют повышение уровня моря, сокращение потока пресной воды и все более частые штормовые нагоны. Такие изменения могут негативно влиять на урожаи и продовольственную безопасность, а также спровоцировать массовое переселение людей.
И это не просто локальный кризис, а предстоящий сценарий для всех низменных прибрежных районов в мире, утверждают авторы исследования. Схожая проблема наблюдается в Калифорнии, включая Лос-Анджелес. Там для создания гидравлических барьеров от морской воды в водоносные слои закачивают пресную жидкость. Но рост населения и активное использование грунтовых вод уменьшают эффективность этих усилий.

Сильная жара заставляет рыбу-клоуна уменьшаться 

Международная группа ихтиологов изучила, как рыба-клоун переживает тепловой стресс. В течение пяти месяцев учёные измеряли температуру воды в заливе Кимбе в Папуа-Новой Гвинее во время морской волны тепла и длину местных красно-белых рыб. Исследование показало, что 100 из 134 особей стали короче за месяцы наблюдения. Уменьшение размеров увеличило шансы выжить в случае теплового стресса на 78 %. Важно, что изменения были массовыми, чтобы сохранилась возможность размножения. Это первый зафиксированный случай, когда рыба кораллового рифа уменьшает длину тела в ответ на экологические и социальные условия.

Рыба-клоун стала особенно популярной среди любителей аквариумов после выхода на экраны мультфильма «В поисках Немо» Фото: © Una Dupla Viajera / Shutterstock / FOTODOM

Учёные пока точно не знают, как рыбы-клоуны это делают, но известно, что некоторые другие животные тоже пользуются таким механизмом адаптации. Например, морские игуаны могут реабсорбировать часть своего костного материала, чтобы уменьшаться во время экологического стресса.