Юный техник, 2013 № 01

Работает он с помощью платы BeagleBone, приложением к которой выступает USB-веб-камера. Снимки по беспроводной связи поступают на сервис Mechanical Turk для анализа. Там некий эксперт описывает в нескольких коротких предложениях то, что изображено на снимке. Через 3–6 минут устройство напечатает на узкой ленте описание сюжета. Например, такое: «Это Эйфелева башня. Изображение несколько перекошено».

Разработчик полагает, что камера может пригодиться тем, у кого накопился огромный архив с фотографиями, которые было бы неплохо подписать. Однако стоит такое удовольствие не так уж дешево — 1,25 доллара США за сюжет. Сами снимки обходятся дешевле.

Теперь электроника позволяет не только получить изображение, но и описать его.

ИНФОРМАЦИЯ

УНИКАЛЬНЫЙ КОСМОПОРТ намечено создать в 20 км от деревни Клушино Смоленской области — родины первого космонавта Земли Ю. А. Гагарина.

Здесь, кроме базы для суборбитальных полетов, собираются также построить космический музей и павильон аттракционов, где каждый желающий сможет проверить, годится ли он в космонавты.

Девиз космопорта «Гагарин» — именно такое предварительное название получил проект — таков: «Земля и космос — детям!»

Инициаторы будущего строительства хотят, чтобы школьники, посетившие космопорт с экскурсией, заинтересовались проблемами освоения космического пространства.

— В космопорте смогут разместиться российские и американские космопланы, — рассказал руководитель проекта Александр Тарасевич. — Мы хотим связаться с Ричардом Бенсоном, чья компания развивает проект туристических суборбитальных полетов на корабле «SpaceShipTwo».

Если мы получим его согласие, то здесь разместится часть «флота» Бенсона, а также потенциальные разработки наших конструкторов, которые будут обслуживать российских и иностранных космических туристов.

НЕУЯЗВИМАЯ СИСТЕМА. Компания «Kaspersky Lab» Евгения Касперского, создавшего популярную антивирусную программу, ныне занята разработкой сверхзащищенной операционной системы, которая будет практически неуязвима для хакеров.

Специалисты Kaspersky Lab рассчитывают, что разработкой заинтересуются предприятия оборонного комплекса и особо закрытые производства.

Но эксперты предупреждают, что круг клиентов будет очень узок потому, что стоимость реализации проекта оценивается в сумму от 600 млн. до 1 млрд. рублей.

Сам Касперский сообщил: «Архитектура системы построена таким образом, что взламывать ее бесполезно, взлом не даст хакеру никаких дополнительных возможностей».

УЛИЦА С ИНТЕЛЛЕКТОМ появится вскоре в Москве. Точнее, улица Пятницкая в столице уже есть, а вот оснастить ее системой искусственного разума планируется к 2014 году.

Сначала на улице заменят покрытие, спрятав в него датчики, которые позволят регулировать уличное движение с учетом интенсивности движения на том или ином участке. Сами светофоры, как и уличные фонари, будут питаться от солнечных батарей и аккумуляторов.

Должна появиться на Пятницкой и система предупреждения водителей об авариях и образующихся заторах. Она также будет автоматически контролировать состояние уличного покрытия — мокрое оно, сухое, покрытое льдом — и предупреждать водителей с помощью информационных табло.

МС-21 СТРОИТСЯ.

Иркутский авиационный завод приступил к изготовлению крупногабаритных деталей ближне-среднемагистрального пассажирского самолета (БСМС) МС-21. Он должен прийти на смену Ту-154 и Ту-204 на российском рынке.

Корпорация «Иркут» совместно с ОКБ Яковлева является головным разработчиком МС-21. В его производстве участвуют также фирмы «Туполев» и «Гражданские самолеты Сухого».

Максимальная дальность полета нового перспективного лайнера 5500 км.

ПРЕМИИ. Жизнь на клеточном уровне

Американские ученые Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка удостоены в 2012 году Нобелевской премии по химии «за постижение механизмов взаимодействия рецепторов адреналина с G-белками». Что стоит за этой формулировкой?

Как известно, стоит нам испугаться чего-либо, как сердце наше начинает колотиться, мы готовы бежать со всех ног. «Повышение кровяного давления, учащение сердцебиения нам обеспечивает выброс в кровь адреналина», — говорят в таких случаях специалисты.

Но подробности этого процесса были долгое время не известны. Понять его и помогли нобелевские лауреаты, тщательно изучив механизм действия клетки в живом организме.

Человек, как и любой иной обитатель нашей планеты, узнает о переменах в окружающем мире с помощью органов чувств. А сами эти органы познают окружающий мир и изменения в нем с помощью рецепторов. Так называются особо чувствительные клетки разных видов. Одни способны воспринимать тепло и холод, другие — запахи и вкусы, третьи — свет…

Эти клетки-сенсоры в строении которых подробно разобрались Лефковиц и Кобилка, располагаются, как правило, в плазматической мембране — своеобразной стенке-оболочке, которая защищает клетку от внешней среды. Очевидно, что клетка может нормально функционировать лишь в том случае, если ее изоляция от внешнего мира не будет полной, какие-то каналы сообщения с окружающей средой и передачи сигналов должны сохраняться. Говоря иначе, каждая клетка тоже обладает своеобразными органами чувств, которые «разведывают», что происходит вокруг, и позволяют клетке оперативно приспосабливаться к изменяющимся условиям.

Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка

Полученная Кобилкой кристаллическая структура тройного комплекса, образованного β-адренорецептором (выделен синим), гормоном (желтый) и внутриклеточным G-белком.

Схема передачи сигналом извне в клетку. Гормон связывается с рецептором (1), после чего тот изменяет форму и связывается с внутриклеточным G-белком, активируя его (2). Затем белок отсоединяется и распадается, высвободившаяся α-субъединица инициирует цепочку реакции (3), а рецептор продолжает активировать G-белки (4).

Нобелевские лауреаты выяснили, что собой представляет и как работает семейство таких датчиков. Причем Лефковиц впервые начал изучать активность клеток еще в 1968 году. Он догадался тогда пометить радиоактивным изотопом йода различные гормоны и проследить таким образом их передвижения, присоединения к соответствующим рецепторам на поверхности клетки.

Одним из таких рецепторов оказался β-адренорецептор, который, как понятно из названия, воспринимал адреналин. Роберт Лефковиц и его команда выделили этот рецептор из стенки клетки и получили первичное представление о том, как он работает.

В 80-е годы XX века к команде исследователей присоединился Брайан Кобилка. Он смог определить, какой именно ген в обширном геноме человека кодирует β-адренорецептор, выдает команду на его действия.

Когда ученые проанализировали работу найденного гена, они обнаружили похожий рецептор и в глазах человека; он реагировал на свет. Позднее они пришли к выводу, что подобных по строению и работе структур в теле человека очень много. Около 1000 генов кодируют рецепторы, которые воспринимают свет, вкус, запах, а также реагируют на основные гормоны — адреналин, гистамин, допамин и серотонин. А это оказалось весьма ценно для медицинской практики, поскольку многие современные лекарства воздействуют как раз на эти рецепторы.

Таким образом, благодаря исследованиям нобелевских лауреатов появилась возможность любой живой организм рассматривать как целостную систему, функционирование которой регулируется на всех уровнях ее организации — тканевом, клеточном, молекулярном.

Слаженность работы всех систем обеспечивают тысячи самых разнообразных молекул, среди которых не последнее место занимают регуляторы белковой природы.

Они могут транспортироваться на «дальние расстояния» (например, гормоны — инсулин, соматотропин, пролактин), а могут осуществлять «свою деятельность» непосредственно внутри клетки.

Как регулируется «внутренняя» жизнь одной-единственной клетки? Примерно двадцать лет назад ученые выяснили, что для успешной работы белков-триггеров, включающих целый каскад биохимических процессов, результатом которого является передача сигнала о потребностях клетки, необходим гуанозинтрифосфат (ГТФ). Эти белки (их еще называют G-белками) гидролизуют ГТФ, отщепляя от его молекулы один из трех «кирпичиков» фосфата. При этом выделяется энергия, которая и обеспечивает протекание дальнейших биохимических реакций.

За открытие G-белков в 1994 году американские биохимики-эндокринологи Альфред Гилман и Мартин Родбелл получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии. Нобелевская премия по химии 2012 года — логическое продолжение истории изучения G-белков.

Роберт Лефковиц, ныне работающий в Медицинском центре университета Дьюка в городе Дарем, штат Северная Каролина, и Брайан Кобилка, сотрудник Школы медицины при Стэнфордском университете, по следам первопроходцев продвинулись дальше. В своих изысканиях они смогли не только охарактеризовать работу клеточных рецепторов, регулирующих работу G-белков, но и «подобрать ключи» к управлению ими. То есть, например, создать лекарства, способные успокоить чересчур нервных людей или, напротив, «встряхнуть» тех, кто, как говорится, спит на ходу.

Впрочем, все сказанное выше вовсе не означает, что нобелевские лауреаты и их коллеги уже полностью разобрались в проблеме. Например, пока непонятно, почему, испугавшись, скажем, увиденной в траве змеи, одни люди кидаются бежать. Другие, напротив, впадают в ступор. Ну, а третьи — таких, кстати, меньшинство — не теряют самообладания и ведут себя вполне разумно.

Итак, не исключено, что за исследование дальнейших тонкостей механизма передачи сигнала «химической тревоги» и реакции организма на него следующее поколение исследователей получит еще одну Нобелевскую премию.

Публикацию по материалам Нобелевского комитета подготовил С. НИКОЛАЕВ

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ! Пузырь Алькубьерре или труба Красникова?

Перемещаться в пространстве со сверхсветовой скоростью все же возможно. Только двигаться надо либо в своеобразном пузыре, где искривляется пространство время, либо в трубе-тоннеле, способном соединить разные точки окружающего нас мира. К такому выводу пришли недавно теоретики.

Еще в начале прошлого века знаменитый немецкий физик-теоретик Альберт Эйнштейн предположил, что окружающий нас мир имеет четыре измерения — длину, ширину, высоту и время. Он же вывел формулу, согласно которой перемещение в пространстве со скоростью больше световой (300 000 км/с) невозможно, поскольку для этого нужна бесконечно большая энергия, способная сдвинуть с места бесконечно большую массу.

Такое ограничение означало, что человечеству закрыт путь к другим звездам, и другие теоретики попытались его обойти. Одним из тех, кому такая хитрость, возможно, удалась, был мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре. В 1994 году он предложил свою концепцию «двигателя, искривляющего (деформирующего) пространство».

Согласно его выкладкам, при определенных условиях можно искривить часть пространства-времени, превратить его в пузырь, который движется быстрее света в так называемом пространстве Минковского. Оно названо так по имени еще одного теоретика XX века, Германа Минковского, работавшего в контакте с А.Эйнштейном. В 1908 году он придумал свой вариант описания пространства-времени с помощью формул.

Космический корабль в пузыре Алькубьерре сможет, по идее, доставить путешественника в пункт назначения быстрее света.

Так вот Мигель Алькубьерре предложил использовать для сверхсветового движения особый вид искривления пространства-времени. По его мнению, пространство плоско везде, кроме стенок некоторого пузыря, который движется быстрее света в пространстве Минковского.

Таким образом, пилот вместе со своим кораблем, находясь в центре подобного пузыря, может двигаться в некотором смысле быстрее света.

Наглядно представить себе эту картину можно, пожалуй, так. На вооружении флота России имеется торпеда «Шквал», способная двигаться со сверхзвуковой скоростью. Этого удалось достичь потому, что при своем движении с помощью особого устройства торпеда образует газовый пузырь, в котором и движется быстрее звука. Ведь газ примерно в 800 раз менее плотен, чем жидкость.

Правда, когда теоретики подсчитали, при каких условиях образуется пузырь Алькубьерре, оказалось, что для его создания и перемещения по Галактике потребуется больше массы, чем во всей Вселенной.

Другая проблема состоит в необходимости создания для такого двигателя областей пространства с отрицательной плотностью энергии, заполненных некой «экзотической материей». Но что это за материя? Теоретики над этим вопросом все еще размышляют.

В общем, хлопот с пузырем Алькубьерре получается весьма много. Поэтому в 1995 году наш соотечественник Сергей Красников предложил иной гипотетический механизм для сверхсветового движения. Он полагает, что двигаться надо в специально созданных туннелях.

Получающаяся структура аналогична «кротовым норам» или «червоточинам», но не требует изменения топологии пространства. Суть «червоточины» можно понять на таком наглядном примере. Червяк может попасть на противоположную сторону яблока двумя путями: либо проползти по поверхности, либо прогрызть ход напрямую через сердцевину яблока. Напрямую, понятно, путь короче…

Причем туннель-«червоточина», по мнению некоторых теоретиков, может пролегать и через иные, пока неведомые измерения.

Как проложить в нашем мире некие туннели, в которых будут созданы условия для сверхсветового движения, можно понять опять-таки при помощи аналогии. Поезда в обычных туннелях метро движутся со скоростями порядка 100 км/ч. А вот если откачать из туннеля воздух, то сверхскоростной поезд с помощью магнитной левитации сможет развить скорость и порядка 1000 км/ч!

Пока, правда, непонятно, как создавать туннели-трубы Красникова. Ну и особые условия внутри них. Но, если соответствующая технология будет разработана, то с ее помощью можно будет увеличить скорость движения в космосе до сверхсветовой.

Впрочем, не отвергнут окончательно и вариант с пузырем Алькубьерре. Правда, расчеты показывают: корабль-сфера диаметром около 200 м для образования вокруг себя сферического же пузыря, чтобы двигаться со скоростью, которая десятикратно превышает световую, должен потратить энергию, примерно эквивалентную массе Юпитера. (Массу, как известно, можно в принципе превратить в энергию, согласно формуле Эйнштейна Е=mс2).

Однако сотрудник НАСА Гарольд Уайт, возглавляющий лабораторию исследования продвинутых форм движения, недавно провел вычисления, которые могут заметно упростить практическое применение искривляющего пространство двигателя.

Дело в том, что традиционно наилучшей формой для корабля в пузыре Алькубьерре считалась сфера. Соответственно, то же самое относили и к пузырю. Но вспомните: скорость вытянутого дирижабля намного выше, чем у классического воздушного шара. Да и управлять им легче. Вот Уайт и предположил, что, изменив форму пузыря на сигарообразную и повысив толщину его стенок, можно резко снизить затрачиваемую энергию, сделав ее эквивалентной примерно одной тонне вещества, а для 10-метрового объекта — и вовсе 500 кг.

На рисунке показана схема трубы Красникова.

Заодно, как показали расчеты, такое изменение формы делает менее заметным и воздействие пузыря Алькубьерре на окружающее нормальное пространство-время при торможении; иначе в конце пути гипотетический путешественник просто разрушит все, имевшие несчастье оказаться поблизости планеты и даже звезды.

Свои расчеты Уайт и его коллеги из НАСА намерены проверить в лабораторных условиях. «Сейчас мы пытаемся понять, сможем ли мы в «настольном» эксперименте искривить пространство-время хотя бы на одну десятимиллионную долю», — говорит Гарольд Уайт.

Для регистрации такого достижения он и его коллеги хотят использовать экспериментальную установку, называемую ими «интерферометром Уайта — Джудэя для искривляющего поля» (White-Juday Warp Field Interferometer). Она представляет собой модифицированный интерферометр Майкельсона — Морли, однажды уже использовавшийся для определения изменения скорости света в зависимости от внешних условий. Предполагаемые эксперименты будут вестись в Космическом центре имени Линдона Джонсона.

Что из этого получится, мы обязательно расскажем в одном из будущих номеров журнала.

С. СЕРЕДИН

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ. Материалы XXI века

Камень, кирпич, древесина, металлы, пластмассы, композиты — вот, пожалуй, основные виды материалов, которыми пользуется человечество. Ныне в этот ряд технологи не прочь добавить еще нанотрубки, «твердый дым» и гидрогели. И вот почему.

Его назвали «аэрографит»…

Сеть пористых углеродистых трубок, которые по всему объему переплетены на нано- и микроуровне, — вот что представляет собой самый легкий материал в мире, пишет журнал Advanced Materials. Кубический сантиметр этого синтетического «войлока» весит всего 0,2 миллиграмма; он в 75 раз легче, чем пенопласт, и очень прочен. Ученые из Университета Киля и Гамбургского Технологического университета назвали свое коллективное творение «аэрографитом».

Этот пластичный материал черного цвета, проводящий электричество, удивляет даже своих создателей, которые продолжают исследовать его свойства. Профессор Лоренц Кинле и доктор Андрей Лотник, аспиранты Меттиас Мекленбург и Арним Шучардт расшифровали атомное строение материала при помощи просвечивающего электронного микроскопа и выяснили, что аэрографит еще очень эластичен. Он также хорошо выдерживает и сжатие, и растяжение. Его можно сжать до 95 %, и он вернется к своей первоначальной форме без каких-либо повреждений.

Команда из Киля, состоящая из Арнима Шучардта, Рейнера Аделанга, Йогнера Мишра и Сорена Капса, использовала оксид цинка в форме порошка. При нагреве до 900 °C он принимает кристаллизованную форму.