Новости Науки

[Consta]

Российские химики заставят микробов работать

Микробные топливные элементы (МТЭ) производят электричество за счет окисления органики особыми микроорганизмами. В последнее время возможности таких устройств значительно выросли, и ученые считают перспективным источником "зеленой" энергии их гибрид с системами очистки сточных вод. Как сообщает сайт РИА Новости, о значении микробной энергетики и своих достижениях в этой области рассказали ученые ведущих российских университетов.

Ряд микроорганизмов способен питаться в бескислородной среде за счет окисления органики, при этом выделяя во внешнюю среду электроны. Еще в начале XX века ученые пытались использовать такие микроорганизмы – экзоэлектрогены – для производства электричества, но до недавнего времени мощность МТЭ оставалась незначительной. Работать микробная батарея может на самой разной органике – в том числе на сточных водах или отходах производств.

Поиск оптимальной конфигурации МТЭ, как объяснили ученые, – непростая задача, требующая математического моделирования с учетом материала электродов, концентрации и скорости подачи органического субстрата, рН среды, геометрии системы и других факторов.

"Мы создали комплексную модель МТЭ, превосходящую аналоги по детализации, в которой одновременно учли рост микробной популяции, темпы потребления и образования окисляемой органики, электромиграцию протонов между электродами, диффузию органических компонентов и кинетику электрохимических реакций. Используя модель, мы рассчитали новые фундаментальные закономерности системы и оптимизировали одну из ключевых характеристик – концентрацию органического субстрата", – рассказала доцент Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Виолетта Василенко.

Субстратом в батареях послужил раствор глюкозы в смеси солей, а источником микроорганизмов – активный ил, используемый для очистки сточных вод. Результаты исследования ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева опубликованы в журнале Energies.

По результатам экспериментов ученые уточнили значения численных параметров, заложенных в модель, а затем с помощью модели рассчитали оптимальную концентрацию глюкозы в питательном растворе. Аналогичным образом с помощью предложенной модели могут быть оптимизированы и другие ключевые параметры МТЭ, отметили ученые.

Как сообщил ведущий научный сотрудник Химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Анатолий Антипов, на фоне неуклонного роста потребления электроэнергии постоянно увеличивается спрос на различные электрогенераторы на возобновляемом органическом сырье.

"Работа МТЭ определяется целым ансамблем сложных факторов, начиная от особенностей эволюции бактериальной среды и заканчивая кинетикой протекающих электродных реакций. В силу этого экспериментальная оптимизация МТЭ зачастую становится крайне объемной задачей. Модель, созданная коллегами из РХТУ, помогает подобрать ключевые параметры на основе математических предсказаний, тем самым значительно сокращая объемы экспериментов", – заявил Анатолий Антипов.

Исследование проведено сотрудниками кафедры информационных компьютерных технологий и кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева совместно с исследователями из ИФХЭ РАН им. А.Н. Фрумкина и Университета Генуи (Италия). В дальнейшем ученые РХТУ им. Д.И. Менделеева планируют использовать новую модель для разработки гибридной системы для очистки сточных вод с синхронной генерацией электроэнергии.



Источник: ria.ru

[Consta]

2 января День научной фантастики (полный текст)

2 января в 1920 году в деревне Петровичи Смоленской губернии родился один из известнейших писателей-фантастов во всём мире Айзек Азимов. Позднее день его рождения стали называть Днём научной фантастики, а самого Айзека Азимова многие знают как человека, который входит в большую тройку писателей фантастов: Айзек Азимов, Артур Кларк, Роберт Хайнлайн. В нашем материале мы расскажем про этих знаменитых авторов. ...

[Consta]

Ученые повышают урожайность томатов с помощью низкочастотной акустической обработки (полный текст)

Представители СКФУ проводят уникальный эксперимент: с помощью инновационной технологии они повышают урожайность томатов, размер и среднюю массу плодов. Исследователями применяется низкочастотная акустическая обработка растений в теплице. Технологией уже заинтересовались сельхозпроизводители из Франции, Китая, Бразилии и других стран.

По словам исследователей, семена и растения реагируют на звуковые частоты. Волны с низкой частотой стимулируют их проращивание и рост. В СКФУ этот эффект проверили в лабораторных условиях сначала на семенах ячменя, потом на саженцах томатов. Полтора месяца назад ученые приступили к эксперименту в реальных условиях. Площадку для испытания технологии предоставил агропромышленный холдинг «ЭКО-культура» – один из ведущих производителей овощей закрытого грунта. Ученым выделили участок в крупнейшем на юге России тепличном комплексе «Солнечный дар» в г. Солнечнодольске (Ставропольский край). Этот комплекс специализируется на выращивании томатов с помощью «зеленых», экологически чистых технологий...

[Consta]

Новое качество ядерной энергетики

Специалисты «Сибирского химического комбината» получили лицензию на строительство первого в мире опытно-демонстрационного энергоблока с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300 от Ростехнадзора.

Руководитель Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) А.В. Алешин подписал подписал соответствующий документ 10 февраля 2021 года. Теперь АО «Сибирский химический комбинат» (СХК, Северск, Томская область) займется созданием первого в мире опытно-демонстрационного энергоблока с реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем.

Устройство электрической мощностью 300 МВт с реактором БРЕСТ-ОД-300 считается важной частью опытно-демонстрационного энергетического комплекса (ОДЭК), который строится на площадке СХК. Работы ведутся в рамках стратегического отраслевого проекта «Прорыв». Проект Госкорпорации «Росатом» «Прорыв» направлен на достижение нескольких целей: повышение качества ядерной энергетики, разработку, создание и промышленную реализацию замкнутого ядерного топливного цикла на базе реакторов на быстрых нейтронах.

Для перспективного энергоблока были разработаны требования безопасности. Они изложены в новых федеральных нормах и правилах и в комплексе стандартов Госкорпорации «Росатом». Отметим, что Ростехнадзор признал реализацию таких работ достаточной для начала этапа сооружения инновационного энергоблока.




Источник и фото: https://www.nikiet.ru/index.php/comp...300?Itemid=437

[Consta]

Магнитные поля мозга могут помочь управлять компьютером с помощью взгляда (полный текст)

Специалисты Московского государственного психолого-педагогического университета (МГППУ) предложили новый способ улучшить управление компьютером с помощью взгляда. Этот способ основан на использовании магнитных полей, возникающих во время работы мозга. Посвященная ему статья опубликована в журнале Frontiers in Neuroscience.


Управление с помощью взгляда все чаще используется парализованными людьми, которые не могут выходить в интернет и общаться с родственниками и друзьями с помощью обычных устройств – тачскрина, клавиатуры, мыши. Эта функция, под названием “управление глазами”, даже включена в стандартный набор “специальных возможностей” операционной системы Windows10. Для такого управления используется подключаемое к компьютеру устройство отслеживания взгляда – айтрекер, который с помощью видеокамеры определяет положение зрачка пользователя компьютера и по нему вычисляет, в какое место на экране он смотрит. Задержки взгляда на клавишах экранной клавиатуры или интернет-ссылках используются в качестве замены “кликов” по ним компьютерной мышью или касаний пальцем при использовании тачскрина.

Однако у технологии управления с помощью взгляда есть серьезный недостаток: она не умеет различать задержки взгляда, с помощью которых пользователь делает такие “клики”, и непроизвольные задержки взгляда, которые случаются, например, когда пользователь хочет что-то рассмотреть. Избежать непроизвольные задержки невозможно – взгляд легко выходит из-под сознательного контроля. В результате происходят ложные срабатывания – непреднамеренные “клики”. Они не создают больших проблем при наборе текста, но во многих других случаях, например, при использовании интернет-ссылок, серьезно мешают нормальной работе с компьютером.

В проекте, который выполнялся в 2014-2016 и 2018-2020 годах при поддержке Российского научного фонда в рамках сотрудничества между МГППУ и Национальным исследовательским центром “Курчатовский институт”, участники экспериментов играли в специально разработанную модификацию компьютерной игры “Линии” – в этой модификации ходы делаются с помощью задержек взгляда. Используя метод магнитоэнцефалографии (МЭГ), исследователи бесконтактно регистрировали слабые магнитные поля, которые возникают при работе мозга. На основе анализа траекторий взгляда данные МЭГ, записанные во время задержек взгляда, были разделены на две группы: соответствующие задержкам, с помощью которых делались ходы, и соответствующие предположительно непроизвольным задержкам. К этим данным были применены искусственные нейронные сети, разработанные одним из авторов исследования – выпускником Санкт-Петербургского государственного университета Иваном Зубаревым, в настоящее время аспирантом Университета Аальто (Финляндия). Нейросети смогли различить намеренные и непроизвольные задержки взгляда у большинства участников эксперимента. Такой результат с использованием МЭГ получен впервые.

...

МЭГ в настоящее время является очень громоздкой и дорогой технологией, и установка МГППУ пока что остается единственной многоканальной МЭГ-системой в России. Однако исследователи рассчитывают на быстрое развитие новой технологии компактных магнитометров с оптической накачкой, которые могут радикально повысить доступность МЭГ. В этом случае разрабатываемые в МГППУ технологии смогут получить широкое распространение.

Текст: МГППУ

[Consta]

Ученые повысили барьерные свойства медицинских масок в 20 раз


7 апреля отмечается Всемирный день здоровья. В 2021 году он посвящен теме борьбы с распространением коронавирусной инфекции. Ученые Пермского Политеха с коллегами из ПГФА разработали маски с повышенными барьерными свойствами. Они нанесли на защитные средства 10-процентный раствор эфирного масла сибирской пихты, которое обладает выраженными антимикробными, противогрибковыми и антивирусными свойствами. Это позволило улучшить барьерные свойства масок в 20 раз. По словам биотехнологов, их можно использовать для профилактики осложнений после перенесенных вирусных заболеваний, в том числе COVID-19.





Ученые уже запатентовали разработку. Они также опубликовали результаты исследований в журнале «Химия растительного сырья».

– Увеличение числа заболеваний верхних дыхательных путей ставит перед медициной задачу разработки таких средств индивидуальной защиты, которые предотвратят поступление в организм бактерий и вирусов. Поэтому мы разработали маски, одновременно обладающие повышенными барьерными и антимикробными свойствами. Их можно применять для профилактики заражения в период эпидемий острых респираторных заболеваний. Антимикробные свойства масок позволяют использовать их и для профилактики осложнений после перенесенных вирусных заболеваний, в том числе COVID-19, – рассказывает младший научный сотрудник лаборатории рационального природопользования и природоподобных технологий, сотрудник Научно-образовательного центра прикладных химико-биологических исследований Пермского Политеха Екатерина Яковлева.

За основу ученые взяли аптечную медицинскую антибактериальную маску для индивидуальной защиты органов дыхания от инфекций, которые передаются воздушно-капельным путем, в том числе микобактерий туберкулеза. Ученые нанесли на маску 10%-й спиртовой раствор эфирного масла пихты, который получили из хвои сибирской пихты методом водно-паровой экстракции. Вещество нанесли на наружный слой маски в количестве 0,5 мл на одну маску.

По словам ученых Пермского Политеха, пихтовое масло практически нетоксично. В его состав входят камфен, борнеол, борнилацетат, альфа- и бета-пинен, дипентен – всего более 35 биологически активных веществ, а также смолы, аскорбиновая, абиетиновая и неоабиетиновая кислоты, витамин Е, дубильные вещества и фитонциды.


Барьерные функции исследователи изучили с помощью оценки микробной обсемененности масок. В испытаниях приняли участие волонтеры, которые носили защитные средства с нанесенным раствором пихтового масла в течение 3 часов. Затем ученые приложили центральную часть масок к поверхности питательной среды (LB-агара) в чашках Петри на 10-15 секунд и выдержали чашки при температуре 37 °С. После этого биотехнологи оценили размер колоний бактерий на наружной и внутренней поверхности масок спустя 24, 48 и 72 часа. Барьерные свойства маски оказались на 1913% выше, то есть в 20 раз больше, чем у аналогов.

По словам ученых, повышение барьерных функций масок, обработанных антимикробными средствами, было выявлено впервые.

– Мы установили, что пихтовое масло обладает и антигипоксическими свойствами. Его можно использовать людям с заболеваниями, которые сопровождаются кислородной недостаточностью, например, ишемической болезнью сердца и воспалительными заболеваниями верхних дыхательных путей. Помимо масок и повязок, вещество перспективно для применения в ингаляторах и концентраторах кислорода, – объясняет исследовательница.



Информация и фото предоставлены пресс-службой Пермского Политеха

[Consta]

Учёные МГУ научились читать мысли

Ученые МГУ в рамках деятельности научно-образовательной школы «Мозг, когнитивные системы и искусственный интеллект» рассказали о результатах эксперимента по решению задачи распознавания слов и предложений, что фактически позволит "читать мысли" человека в будущем. Работа опубликована в журнале Biologically Inspired Cognitive Architectures Meeting.



Распознавание внутренней речи – это перспективная технология, которая может найти применение в разработке интерфейсов мозг-компьютер и существенно помочь тем, кто страдает от нейродегенеративных заболеваний. Исследования в этой области находятся на ранних стадиях и связаны с практической ценностью, что делает их актуальными. Известно, что внутреннее произношение может быть восстановлено по данным электроэнцефалограммы, поскольку она позволяет регистрировать специфическую активность, связанную с этим процессом.

Целью данной работы является построение и реализация алгоритма извлечения признаков и классификации русских фонем по электроэнцефалограмме, записанной во время внутреннего произношения фонем. Подобные исследования активно ведутся за рубежом, однако в открытых источниках на данный момент нет информации о подобных работах для фонем русского языка. В ходе работы был построен и протестирован алгоритм извлечения признаков и классификации внутреннего произношения фонем русского языка, точность которого показала результаты, сопоставимые с другими исследованиями.

"В данной работе мы провели эксперименты по классификации фонем русского языка при внутреннем проговаривании на основе данных электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и получили результаты, сравнимые с результатами в зарубежных исследованиях. Был сделан ряд выводов о том, как лучше собирать, обрабатывать и анализировать данные такого рода. Главным результатом является продемонстрированная возможность распознавания фонем русского языка по данным ЭЭГ. Это шаг к решению задачи распознавания слов и предложений, что фактически позволит "читать мысли" человека. Однако этого можно будет достичь при улучшении алгоритмов очистки данных от лишних артефактов и при использовании дополнительных источников информации, таких как электромиография», – рассказал Евгений Ильюшин, специалист кафедры информационной безопасности ВМК МГУ.

В работе использовались методы теории вероятностей, математической статистики, вейвлет-анализа и теории машинного обучения. Работа имеет значительную практическую ценность, так как задача классификации русских фонем ранее не решалась и сведений по этой теме не так много. Ученые МГУ в своей работе описали дизайн эксперимента и все шаги, которые были сделаны для достижения результата, что будет полезно другим исследователям в этой области. Также были обозначены вектор дальнейшего развития проекта и основные проблемы в текущем подходе.

«На данный момент результаты работы не могут быть использованы на практике, но, конечно же, конечной целью является создание полноценного устройства, которое могло бы помочь людям с нарушениями речи. В случае создания такого устройства люди смогли бы взаимодействовать с компьютерами при помощи мыслей, что особенно важно при некоторых заболеваниях. Для создания такого устройства нужно улучшить сам способ сбора данных, то есть разместить большее количество электродов в области интереса, а также улучшить алгоритмы обработки. Другой проблемой при создании такого устройства являются артефакты записи. Например, если человек двигается или даже моргает, то это сильно сказывается на записи, и классификация фонем становится невозможной. Решением этой проблемы может стать одновременный сбор данных с нескольких различных устройств», – добавил Евгений Ильюшин.



Информация предоставлена пресс-службой МГУ