Юный техник, 2006 № 12

Исследователи из Свободного университета г. Брюсселя не стали маскировать робот «Инсбот» под внешность таракана. Робот-шпион — это небольшая квадратная коробочка зеленого цвета, передвигающаяся на колесиках. Однако тараканы не только принимают его за своего, но даже глубоко уважают, «приглашая в начальники».

Такого достижения ученым удалось добиться путем целого ряда хитростей. В частности, роботы снабжены химическим «прикрытием» — на их корпуса нанесены особые вещества — феромоны, придающие запах настоящего таракана. Кроме того, сойти за своего роботу помогает современный микропроцессор, который, как сообщили ученые, удалось обучить «тараканьему языку» и всем известным науке повадкам этих не в меру хитрых и ловких существ.

Что же касается внешней формы робота, то, как оказалось, она не имеет для тараканов особого значения. В то же время крайне важной для робота оказалась способность занимать правильную позицию в пространстве относительно других насекомых — это является определенным кодом общения. Поэтому для ориентации «Инсбот» оснащен инфракрасной мини-телекамерой.

Однако чего не знаешь сам, тому не научишь другого…

Вот и пришлось исследователям для начала несколько месяцев самим во всех деталях изучать поведение группы насекомых. А уж затем создать математическую модель их сообщества и, наконец, кибера, способного выбиться в начальники тараканьего стада.

Благодаря кропотливому труду исследователей, робот-провокатор теперь не только понимает «язык» тараканов; он способен общаться с ними и даже самообучаться по ходу дела. Дело в том, что тараканы, так же как муравьи или пчелы, являются групповыми существами. Их популяция, как правило, принимает коллективные решения на основе общения между особями.

На «общих собраниях», например, выбирается место для поселения.

Именно для того, чтобы вмешиваться в принятие таких решений, и были созданы роботы «Инсбот». Став вожаком, такой робот может заставить все сообщество покинуть ваш дом и найти себе пристанище где-нибудь в другом месте. Причем ученые подчеркивают, что не намерены истреблять тараканов таким способом. Просто каждому живому существу должно быть определено свое место на планете.

Новых роботов ученые уже опробовали не только на небольшом лабораторном полигоне, но и в реальных условиях тараканьей колонии. В этом эксперименте были использованы несколько роботов «Инсбот», которые сумели навязать тараканам свой вариант решения вопроса о «месте проживания». Несмотря на известное стремление тараканов к темноте, роботы «подтолкнули» их поселиться в более освещенном месте.

Следующими живыми существами, к которым исследователи намерены подослать роботов-лазутчиков, станут птицы и млекопитающие.

СОЗДАНО В РОССИИ

Отходы в доходы

С каждым годом все возрастает беспокойство специалистов по поводу истощения запасов угля, нефти и газа в недрах Земли. Между тем, топливо буквально валяется у нас под ногами. Вот какую интересную разработку для его использования осуществили недавно специалисты Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства.

По мнению заведующего отделом НИИ, заслуженного энергетика России, кандидата технических наук Николая Федоровича Молоснова, к таким «бросовым» видам топлива относятся не только бурый уголь, сланцы, торф, но и растительная биомасса — опилки, щепки, кора, а также остатки ботвы, пищевые и бытовые отходы…

Только не нужно сжигать все это на кострах или в обычных печках. Как показывает опыт, дыма при этом бывает много, а толку — мало. Исходное сырье лучше переработать в топливо методом быстрого пиролиза…

Пиролиз, напомним, это переработка органических веществ нагревом до высоких температур без доступа воздуха. Быстрый же пиролиз заключается в скоростном нагреве вещества до высоких температур; КПД процесса при этом намного повышается.

Стоит, наверное, сказать, что сам по себе пиролиз известен человечеству уже многие тысячелетия. Классическим примером процесса является получение из дров древесного угля, который потом шел на выплавление из железной руды первых образцов металла.

Принципиальная схема установки для получения жидкого и газообразного топлива.

_{Измельченное древесное сырье 1 очищается от примесей и загружается в приемный бункер 2. Оттуда с помощью шнекового транспортера-дозатора 3, установленного внутри камеры предварительного нагрева и удаления влаги, сырье подается в реактор пиролиза 5. Образовавшийся в камере удаления влаги пар может быть использован для отопления или направлен в теплообменник 4.}

_{В реакторе пиролиза происходит термическое разложение органической древесной массы с образованием преимущественно газифицированной фракции. Не пришедшие в газообразное состояние продукты пиролиза выводятся из реактора с помощью транспортного устройства 7 в сборник твердого остатка 8. Газифицированные же продукты пиролиза древесины, пройдя через камеру очистки 6, поступают в конденсатор 9, где разделяются на жидкую и газообразную фракции. Сконденсированный жидкий продукт накапливается в приемнике 11. Газообразные продукты, пройдя блок очистки газа 10, подаются на сжигание в дизель-генераторную установку 12.}

_{Дизельный агрегат работает на комбинированном топливе в газодизельном режиме, одновременно потребляя пиролизный газ и дизельное топливо с добавлением до 20 % пиролизной жидкости, поступающей из смесителя 13.}

Однако сотрудники ВНИИ электрификации сельского хозяйства смогли дать этой древней технологии вторую жизнь. Они выявили параметры процесса быстрого пиролиза, которые позволяют получить максимальную пользу от каждого вида сырья. А также разработали схему установки (см. рис.), которая позволяет производить такую переработку в автоматизированном режиме. В итоге получается лишь небольшое количество неорганических компонентов, объем которых намного меньше, чем первоначальных отходов.

Получаемое в результате пиролиза высококалорийное газовое и жидкое топливо — его теплотворная способность 5500 ккал/кг — может быть использовано в котлах ТЭЦ и иных промышленных установок мощностью от 10 кВт до 10 МВт. И даже как моторное топливо в двигателях внутреннего сгорания. Причем затраты энергии на работу самой установки пиролиза составляют 5 — 12 % от энергии производимого топлива.

Первая экспериментальная установка для получения жидкого и газообразного топлива из древесных отходов позволяла перерабатывать до 1 т отходов в сутки. Анализ продуктов пиролиза, проведенный в химлабораториях Всероссийского института минерального сырья и Всероссийского научного института топлива и нефти, показал, что полученное жидкое топливо по химическому составу и другим показателям ничуть не хуже мазута, который обычно получают из нефти.

Несконденсированный же газ в основном содержит легкие углеводороды (метан, этан, пропан и т. д.), хорошо горит и может быть использован, например, в дизель-генераторах для получения электроэнергии.

Древесный уголь, который также получается в ходе пиролиза, может затем найти применение в сталелитейной промышленности, в быту и в медицине. При переработке древесных опилок из 1 тонны опилок в сутки получается 0,5 тонны жидкого и газообразного топлива. Срок окупаемости установки — 3 года.

ВНИИ электрификации сельского хозяйства заключает сейчас договоры на изготовление установок производительностью по перерабатываемому сырью 1–2 тонны в сутки. Срок поставки — 6–8 месяцев после заключения контракта.

С. НИКОЛАЕВ

Кстати…

ТЕМ ВРЕМЕНЕМ В АМЕРИКЕ

По мере роста цен на топливо интерес к использованию альтернативных источников энергии растет и во всем мире. Один из таких источников — биодизельное топливо — теперь доступен в округе Мифлин, США. Здесь заправочная станция компании Snedeker Energy продает биодизельное топливо всем желающим.

Исходным сырьем для него может послужить, например, соя. Она перерабатывается с помощью химического процесса, который называется трансэстерификация или трансэфирообразование. Это процесс отделения глицерина от растительных масел. Получаемые при этом метилэстеры используются как топливо, а глицерин можно использовать для приготовления мыла или чего-нибудь еще.

Новое топливо не содержит нефтепродуктов, но может смешиваться в любой пропорции с обычной соляркой для получения биодизельной смеси.

Для использования такого топлива в дизельных двигателях необходима их незначительная переделка. Зато биотопливо может разлагаться в окружающей среде, нетоксично, не содержит серы и ароматических соединений.

«Биодизельное топливо дает нам некоторую независимость от импорта нефти и позволяет развивать сельское хозяйство штата, — поясняет владелец компании Snedeker Energy Жан Шнедекер. — Кроме того, водители теперь говорят, что их двигатели работают мягче и дают меньше выхлопных газов»…

Биодизельное топливо входит в моду, поскольку оно не ядовито.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ

В чем тайна «золотого» ключика

Нобелевскую награду по физиологии и медицине в 2006 году получили два американских генетика — 47-летний Эндрю Файер и 46-летний Крейг Мелло. По официальному заявлению Нобелевского комитета, премия присуждена за открытие РНК-интерференции — процесса, позволяющего целенаправленно выключать те или иные гены. Это универсальный механизм присущ всем живым организмам, начиная с людей и кончая растениями и грибами.

История этого открытия достаточно своеобразна. Никто не предполагал, что можно открыть нечто новое и значительное в ДНК и РНК, изученных, казалось бы, вдоль и поперек. Однако в 1990 году ученые, экспериментировавшие с петунией, обратили внимание на такой факт. Чтобы усилить интенсивность красного цвета лепестков этого комнатного растения, исследователи ввели в его геном дополнительный ген, ответственный за выработку красного пигмента. Результат получился прямо противоположный ожидаемому — цветы полностью утратили окраску.

Об этом факте знали многие. Но только Файер и Мелло удосужились задать себе вопрос: почему так происходит?

И попытались на него ответить. Исследуя механизм процесса, ученые нашли, что изменения скорее всего связаны с классом веществ, которые относятся к группе рибонуклеиновых кислот — РНК, причем размер именно этих кислот намного меньше обычного.

Нобелевские лауреаты Э. Файер и К. Мелло (справа) у бюста своего предшественника П. Эрлиха.

Напомним, что дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты выполняют в организме очень важные роли. ДНК — это матрица, 100 000 «кирпичиков»-нуклеотидов которой содержат всю основную генетическую информацию. Однако чтобы эта информация была использована, она из генетической формы должна превратиться в белковую; ведь именно белки составляют основу любого организма.

Процесс этот происходит в два этапа. Сначала по программе, заданной геном, из ДНК синтезируется РНК. Затем она транспортируется в определенную часть клетки, где на ее основе запускается программа синтеза белка. При этом все РНК, которые определяют выработку тех или иных белков, достаточно велики по меркам генетиков. Но при внимательном рассмотрении среди них обнаружились и частицы меньших размеров. Сами по себе они не кодируют никакой информации; некоторые исследователи даже полагали, что они, эти малые РНК, представляют собой всего лишь некие «обломки» больших РНК, в общем-то совершенно бесполезные. И лишь будущие нобелевские лауреаты сумели распознать большой потенциал маленьких РНК, провели серию исследований и выявили тонкости происходящих при этом процессов.

В качестве модельного организма они взяли крошечное существо — прозрачного червячка С-элеганс — «цинохарбдитис элеганс». Он является представителем класса нематод — кишечнополостных червей-паразитов, которые обычно обитают в почве, откуда могут попадать в организмы животных.

Длиной червячок всего в миллиметр, имеет всего-навсего 959 клеток, очень неприхотлив, быстро размножается и начиная с 60-х годов прошлого века используется генетиками в экспериментах столько же часто, как и знаменитая плодовая мушка дрозофила.

Первым, кстати, их начал применять нобелевский лауреат Сидней Бреннер, который был учителем одного из нынешних нобелевских лауреатов — Эндрю Файера. При этом, как оказалось, червячок прекрасно дополняет по своим свойствам дрозофилу. Продолжительность его жизненного цикла еще короче, кроме того, прозрачность его клеток весьма удобна для наблюдений под микроскопом — механизм функционирования всех его органов виден наглядно.

Так вот, в ходе своих экспериментов с С-элеганс Файер и Мелло столкнулись с тем же феноменом, который обнаружили ранее исследователи петуний. А именно: введение в клетку некоторых генов приводило к тому, что тот или иной механизм клетки выключался. При этом ученые выяснили, что в этом процессе непременно участвуют и малые РНК.

Говоря совсем уж упрощенно, каждая из них, словно ключ, открывает или закрывает некий «замок», тем самым запуская или блокируя процесс производства того или иного белка с помощью больших РНК. Именно это явление и получили название РНК-интерференции.

Возможность же выключения по своему усмотрению того или иного гена открывает новые перспективы в молекулярной генетике, может быть использовано для лечения многих генетических болезней. Так, многие компании уже начали разработку новых лекарств, которые в скором будущем смогут эффективно лечить, возможно, даже рак и иные, неизлечимые ныне, заболевания.

Во всяком случае, сам Мелло верит, что это открытие поможет в создании таких медикаментов, которые помогут вылечить, в частности, его маленькую дочь, страдающую диабетом: из-за генетического сбоя ее организм не вырабатывает инсулин. Так что «ключик», открытый учеными, может стать поистине золотым. Ведь диабетом в мире страдают около 200 миллионов человек.

С. НИКОЛАЕВ

Кстати…

ОТ ОРГАНИЗМА К МЕХАНИЗМУ?

Комментируя работу нобелевских лауреатов, один из экспертов позволил себе такую вольность. Управление генами с помощью РНК-интерференции, сказал он, это еще один шаг к осуществлению давней мечты ученых и фантастов.

В свое время братья Стругацкие писали о том, что механизмы рациональнее не создавать, как мы это делаем сейчас, а… выращивать, подобно живым организмам. Свою мысль они основывали на высказывании еще одного нобелевского лауреата, Ричарда Феймана, полагавшего, что человечество когда-нибудь сможет перестроить мир, манипулируя атомами и молекулами примерно так же, как люди делают это с болтами, гайками и прочими деталями механизмов.

А Эрик Дреслер, один из основателей нынешней нанотехнологии, сказал как-то: «Растения умеют делать вкуснейшую клубнику из химических удобрений. Почему бы и нам не научиться этому?..»

Открытие РНК-интерференции — очередной шаг к осуществлению этой мечты. Похоже, «золотой» ключик уже в наших руках.

КСТАТИ

Премии за абсурд

Одновременно с лауреатами настоящей Нобелевской премии объявлены имена и тех исследователей, которые удостоены так называемых Антинобелевских или Игнобелевских (от англ. ignoble — низкий, постыдный) премий 2006 года за самые абсурдные исследования.

Премию по математике получили австралийцы, которые вычислили, сколько экспозиций необходимо при групповой съемке, чтобы все люди оказались с открытыми глазами.

В физике победителями вышли французы, объяснившие, почему спагетти ломаются более чем на две части.

По части биологии отличился голландец, установивший, что самку комара в равной степени привлекают и аромат лимбургского сыра, и запах потных ног.

Еще одна премия впервые отправилась на Ближний Восток, в Кувейт. Там местные исследователи установили, что навозные жуки — изрядные гурманы. И весьма придирчиво относятся к выбору пищи.

Но, пожалуй, самая интересная среди отмеченных работ принадлежит исследователям из Калифорнийского университета, которые внесли ясность в извечный вопрос, почему не болит голова у дятла, хотя за день он наносит по дереву до 12 000 ударов.

Оказалось, что природа устроила мозг дятла по всем правилам искусства. Он окружен губчатыми черепными костями, которые, словно упаковочный пенопласт или губчатая резина, уберегают его от сотрясений.

ЕСТЬ ИДЕЯ

Кубик Рубика в компьютере

Школьник Толик Карасев когда-то любил решать задачки по математике. Особенно нравилась ему комбинаторика. А еще он любил автомобили, помогал взрослым их чинить.

Когда подрос, стал размышлять: куда бы ему податься — в математики или в автомеханики? В конце концов, закончил Московский автомеханический институт и многие годы проработал на Волжском автомобильном заводе. А свой досуг Анатолий Михайлович стал посвящать кубику Рубика. Нет, он не собирался стать очередным чемпионом в соревнованиях по сборке кубика. Игрушка заинтересовала инженера с математической точки зрения.

«Кубик — это наглядное пособие по комбинаторике, — считает он. — Одни и те же элементы можно перемещать, комбинируя в разных сочетаниях. Некоторые делают подобные перестановки быстро, другие — не очень. И наблюдая, как это делают во время обеденного перерыва молодые ребята у нас на заводе, я задумался: «А есть ли тут вообще предел совершенству?»

Иначе говоря, Анатолий Михайлович решил посмотреть, нет ли теоретического предела возможности осуществления минимально возможного количества ходов вне зависимости от первоначальной разбалансировки кубика.

Для начала, как обычно, А.М. Карасев посмотрел литературу и узнал, что подобная задача уже приходила на ум английскому математику В. Тистлетуэйту, который определил подобный минимум в 52 хода. Потом немцы с французами сумели снизить предел до 22 ходов. «Я же предположил, что минимум находится в пределах 18 ходов», — сказал Анатолий Михайлович. И в доказательство своей правоты продемонстрировал пачку листков, на которых подробно, пункт за пунктом, изложено, как с помощью персонального компьютера можно быстро найти оптимальный вариант. Причем для относительно простых задач первого уровня минимум составляет уже 6 ходов.

Конечно, мы тут же задали А.М. Карасеву вопрос, который, наверное, уже вертится на языке у наших читателей. А какой, простите, прок от этой работы?