Ориентация роботов и мрачный океан: открытия недели

Учёные придумали уникальный топливный элемент для электрической авиации, разработали простой тест для выявления тысяч генетических заболеваний и выяснили, что рыбы-клоуны сжимаются, когда в океане становится жарко (правда, не поняли, как им это удаётся). Собрали яркие новости из мира науки и технологий.

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.

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.

Оцените статью
Поделись знанием

Рекомендуем

1
Универсальное противоядие и мумия с опилками: научные открытия недели #ИИ #здоровье #Солнце #мумия #яд #змеи 08 мая 2025 06:28
2
Тонны антибиотиков в реках и секрет мокрых пальцев: открытия недели #роботы #старение #дактилоскопия #антибиотики 16 мая 2025 15:03
3
Мощнейший судовой реактор и уникальная бактерия из космоса: открытия недели #космос #гены #математика #бактерии #носорог #редкие болезни #атомная энергия 23 мая 2025 16:10