Приветствую, друзья! Продолжаем знакомить вас с самыми интересными научными открытиями 2021 года! Ссылку на первую часть можете найти ниже.
Толстохвостые карликовые лемуры впервые впадают в спячку в неволе
Толстохвостые карликовые лемуры — наши ближайшие родственники отряда приматов, которые впадают в спячку в дикой природе. Впервые исследователи смогли воссоздать условия , необходимые для того, чтобы уговорить лемуров впасть в спячку, в Центре лемуров Университета Дьюка, что дало им возможность узнать об этом уникальном метаболическом процессе и о том, что он может рассказать нам о людях.
Чтобы создать "настроение" для действительно хорошего сна, исследователи сделали импровизированное дупло, чтобы лемуры могли поселиться в своем вольере. Они выставили время на 9,5 часов света вместо летних 11 часов, чтобы имитировать укороченный зимний световой день. Они также снизили температуру корпуса до 10 градусов по Цельсию.
В течение четырех месяцев у сонных лемуров был притупленный метаболизм, более низкая температура тела и гораздо более низкий аппетит. Их пульс замедлился до восьми ударов в минуту. Когда они снова проснулись весной, они тут же пришли в норму.
Важно отметить, что снижение метаболизма у гибернаторов контролируется, а это означает, что они могут переносить эти крайности без вредных последствий.
Несмотря на то, что они месяцами не двигаются и не едят, эти животные сохраняют мышечную массу и функции органов.
Изучение того, как другой примат впадает в спячку, может улучшить наши нынешние методы замедления процессов в организме во время операций по спасению жизни или, возможно, даже во время длительных космических путешествий.
Ученые расшифровали «хлопок» крыльев бабочки
Форма бабочки отличается от формы любого другого летающего существа, что делает анализ их полета еще более захватывающим и вдохновляющим для ученых. Исследование, опубликованное в январе 2021 года, показало, что бабочки используют эффективный метод хлопков для создания тяги.
Сначала пара биологов из Лундского университета, Кристоффер Йоханссон и Пер Хеннингссон, провели аэродинамический анализ свободно летающих бабочек. Из этих наблюдений они обнаружили, что ширококрылые насекомые хлопают крыльями при взмахах вверх, но крылья не сжимаются вместе, как пара рук во время аплодисментов. Вместо этого крылья бабочки изгибаются, что, как подозревают исследователи, может сковывать воздух между ними, чтобы усилить их движение вниз.
Чтобы проверить свои подозрения, ученые сравнили машущие способности двух роботов-хлопушек: одного с жесткими крыльями и одного с гибкими крыльями. Они обнаружили, что гибкость увеличивает эффективность крыла на 28 процентов и увеличивает силу закрылков на 22 процента.
В природе взмах крыльев бабочки, вероятно, дает им дополнительный толчок, необходимый для спасения от хищников. Вернувшись в лабораторию, пара надеется, что их наблюдения вдохновят на создание новых летающих и плавающих роботов.
«Уже сегодня есть дроны, которые хлопают крыльями вместе, такие как DelFly, но они не используют хлопок для движения, а вместо этого в основном создают силу от взмахов.
Создание гибких машущих роботов может стать низкоэнергетическим способом увеличения тяги.
Беспилотный летательный аппарат, предназначенный для медленного и точного маневрирования с использованием гребных плавников, может улучшить производительность, ударяя плавниками по телу.
Тихоходки (водяные медведи) ходят, как насекомые
Насколько вдохновляют тихоходки? Давайте узнаем.
Во-первых, они похожи на крошечных, восьминогих, коренастых медведей — отсюда и их прозвище водяные медведи. Эти почти микроскопические водные экстремофилы могут выжить в самых негостеприимных местах на Земле, включая холодные температуры абсолютного нуля, кипящие гидротермальные жерла, космический вакуум и давление, в шесть раз более сокрушительное, чем океанские глубины.
В то время как другие существа с мягким телом мечутся, скользят и извиваются, как черви, тихоходки — единственные животные с мягким телом, которые могут ходить. В исследовании , опубликованном в журнале PNAS в августе, исследователи наблюдали за многочасовой съемкой водяных медведей, идущих по разным поверхностям, от стекла до геля.
Команда обнаружила, что тихоходки ходят, как насекомые, в 500 000 раз больше их самих. Хотя они перемещаются в среднем только на половину своей и без того крошечной длины тела (0,5 миллиметра) в секунду, они могут перемещаться на две длины тела за одно и то же время на максимальной скорости. Какими бы медленными они ни были, похоже, они регулируют свои шаги в зависимости от местности, по которой они перемещаются.
Поскольку такая походка привела их к дальним уголкам Земли, изучение их походки может вдохновить на создание новых форм передвижения для микророботов.
«У них есть несколько простых и очень эффективных способов координировать движения своих восьми ног, и они делают это с минимальными усилиями мозга, используя некоторые простые правила, которые поразительно похожи на те, что используются у некоторых гораздо более крупных видов насекомых», — говорит автор исследования Дэниел Коэн, инженер-механик из Принстонского университета.
«Это отлично подходит для вдохновения, так как показывает, что крошечным роботам, у которых вычислительная мощность и вес являются ограниченными, не нужно много энергии, чтобы хорошо ходить».
Нанороботы, вдохновленные тихоходками, могут быть введены в поврежденную ткань, чтобы восстановить ее, или в артерию, чтобы удалить накопление бляшек — что-то вроде усохшего экипажа подводной лодки в научно-фантастическом фильме 1966 года « Фантастическое путешествие» .
«И совершенно научно-фантастический подход: водяные медведи показывают нам, на что способны такие размеры, когда вы выглядите так же, как они. Это своего рода «минимальная модель» того, что вы можете делать с ногами», — объясняет Коэн. «Возможно, когда-нибудь мы сможем создать наших собственных многоклеточных «биоботов» из живых клеток, вдохновленных водяными медведями».
Слизевики хранят «воспоминания», даже не имея мозга
Хоть иногда они могут напоминать грибы, слизевики представляют собой шаровидные, обитающие в почве амёбы, которые бывают разных странных форм и ярких цветов. Несмотря на отсутствие мозга или нервной системы, слизевики могут перемещаться по лабиринту или вспоминать местонахождение пищи.
Подобно липким фракталам, одноклеточные организмы высвобождают трубчатые усики, которые также переносят жидкость и питательные вещества по всему их растянутому сетчатому телу, чтобы исследовать новые среды. Исследователи обнаружили, что они записывают важные детали своего окружения, изменяя диаметр этих вытянутых трубок.
Когда ученые изучали под микроскопом Физарум многоглавый (Physarum polycephalum), они заметили, что трубки становятся толще, когда слизевики встречают пищу, и тоньше, когда не находят её. Вероятно, эти изменения вызываются каким-то химическим сигналом.
«Учитывая высокодинамическую реорганизацию сети P. polycephalum, ученые предполагают, что сама сетевая архитектура может служить памятью о прошлом», — говорит автор исследования Карен Алим, биофизик из Мюнхенского технического университета.
Эта сеть имитирует то, как наш мозг хранит память, используя синаптическую пластичность, то есть синапсы становятся сильнее или слабее в зависимости от использования. Точно так же трубки слизевиков, которые находят пищу, растут, а попавшие в тупики отмирают.
Алим объясняет, что, используя полимеры, гели или другие биологические материалы на основе белков, исследователи могли бы адаптировать этот тип хранения памяти и химических сигналов к искусственному интеллекту без необходимости в электронике, что может стать благом для робототехники, у которых нет такого оборудования.
Если остальная часть бота будет сделана из биоматериала, систему, основанную на слизевиках, можно будет использовать в ситуациях, когда токсичность вызывает беспокойство, например, для медицинских целей или обработки воды.
«Здесь потоки жидкости — это захватывающий метод как для управления мобильностью, так и для кодирования принятия решений, необходимых для автономного поведения», — объясняет Алим.
«Создание роботов из чувствительного материала, который расширяется в ответ на концентрацию сигнальных молекул, было бы прямой реализацией механизма памяти, которую мы наблюдали у Physarum».