Склеить разрушенное здание, срастить сломанную кость, выправить корпус машины после аварии, создать материал, который сам возвращает изначальную форму и состояние – все это ученые делают прямо сейчас.
Точнее, пытаются сделать так, чтобы их исследования стали привычной частью жизни человека, делали ее проще и безопаснее. Об уникальных разработках современной науки рассказал ведущий программы "Наука и техника" на РЕН ТВ Михаил Борзенков.
Жидкие роботы и строительные материалы нового поколения – на что они способны
Представьте робота, которого невозможно сломать. Не потому, что у него прочный корпус, а потому, что его попросту нет. В Южной Корее придумали жидкую форму киборга.
Благодаря своей текучести он может просачиваться сквозь любую преграду, а затем словно капля ртути снова собираться в единую форму. Технологию, знакомую нам по фантастическому фильму "Терминатор", создали ученые.
"Мы управляем роботом с помощью ультразвука. Он способен проникать в механизмы, чтобы починить их, доставлять лекарства точно в больной орган или искать людей под завалами", – рассказал профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Сеульского национального университета Чо Гю Джин.
Такой робот идеально подходит для решения локальных задач. Но что, если организм, который нуждается в срочном лечении, размером с целый город? Весной 2022 года рекордные дожди и таяние снегов вызвали масштабные наводнения в канадской провинции Манитоба. За несколько часов выпала двухмесячная норма осадков – улицы превратились в бушующие реки, и людям пришлось передвигаться на лодках.
Фундаменты зданий оказались в опасности. Вода проникла глубоко в бетон. Решение проблемы нашли ученые Южно-Уральского университета, они предложили технологию восстановления бетона с помощью микроорганизмов.
Скульптура "Мать с ребенком" стоит в столичном парке "Сокольники". Раньше ее ремонтировали каждые два года. И вот теперь для реставрации статуи российские ученые впервые применили живой материал.
Его секрет – в капсулах с бактериями сенной палочки, встроенных в бетонную смесь. Пока скульптура цела, микробы спят в герметичных оболочках.
Когда образуется трещина, капсулы лопаются, микроорганизмы выходят на волю, начинают питаться воздухом и влагой, расти и залечивать повреждение! Вся работа происходит сама собой, без участия человека.
"В ходе жизнедеятельности они выделяют такой элемент – карбонат кальция, это минерал известняка, и сами себя начинают замуровывать в этой трещине, заполняя ее. Трещина заполнилась, доступ воды и воздуха прекратился, бактерии пошли спать", – пояснил заведующий кафедрой строительных материалов и изделий ЮУрГУ Александр Орлов.
Всего 10 дней, и миллиметровая трещина исчезает. Живой материал продлевает жизнь любым бетонным конструкциям, и это станет только началом. Ученые уверены, что в будущем способность к восстановлению обретут самые разные объекты – от корпусов самолетов до человеческих органов.
"Каждый день в наших клетках разрываются до 100 тысяч цепочек ДНК. Причина – стресс, болезни и даже загар. Чаще всего мы этих повреждений даже не замечаем, потому что организм научился их довольно быстро устранять. Но иногда поломки бывают такие серьезные, что справиться с ними уже невозможно. И тогда мы болеем и стареем. Однако недавно американские ученые смогли запустить процесс восстановления ДНК. А исследовали из Китая придумали, как подарить вторую жизнь батареям для электрокаров", – говорит ведущий Михаил Борзенков.
Самовосстанавливающиеся материалы: когда о ремонте автомобиля можно будет забыть
Угадайте, какая часть автомобиля страдает от ударов и царапин чаще всего? Практика показывает, что это задний бампер.
"Ремонт бампера кажется простым на первый взгляд, но это подвижная деталь, часто это очень коварная деталь, потому что имеет множество скрытых повреждений. Это трещина в соединениях, повреждения датчиков, смещение форм. Поэтому после снятия детали выявляются новые работы. Это сварка, восстановление формы, покраска. Это все требует дополнительных материалов, времени и точности", – отметила сотрудник автосервиса Инна Чернышова.
В итоге ремонт бампера обходится в копеечку. Помочь автовладельцам взялись американские ученые. Они разработали самовосстанавливающийся пластик, который превосходит по прочности сталь.
Повреждения на нем исчезают за считаные секунды, для этого материал нужно разогреть до 160 градусов. При этом пластик невероятно долговечен. Он способен выдержать неоднократные циклы восстановления, сохраняя 80 процентов своей прочности даже после пятого заживления.
"Этот инновационный материал сочетает в себе гибкость термопластов и стабильность термореактивных материалов. Он прочнее стали, а весит легче алюминия", – подчеркнул профессор кафедры материаловедения и инженерии Техасского университета Джордж Фарр.
Самовосстанавливающийся пластик отлично защитит кузов от царапин, но абсолютно бессилен перед другой проблемой – севшим аккумулятором. Он бьет по карману всех, но владельцам электрокаров особенно больно. Если для обычной машины замена стоит 10–15 тысяч рублей, то для электрической – как целый подержанный автомобиль.
"Год назад я приобрел поддержанный электроавтомобиль 2016 года. Машина была идеальной, пока не наступила зима. Запас хода начал сокращаться просто катастрофически. Я отвез его в салон, где мне насчитали стоимость новой батареи. Она в пять раз превышала ту цену, за которую я брал автомобиль", – пожаловался владелец электромобиля Нил Тернер.
История канадца – лишь частный случай общей проблемы: каждый цикл зарядки необратимо снижает емкость любой батареи. Через несколько лет смартфон, ноутбук или электросамокат навсегда превращаются в стационарные устройства.
Китайские ученые Университета Фудань заявляют, что нашли способ подарить аккумуляторам вторую молодость. Секрет – в специальной жидкости на основе солей лития.
При введении в изношенный аккумулятор она восстанавливает его емкость. В результате батарея снова начинает держать заряд так же хорошо, как новая.
"Обычная батарея выдерживает около 2 тысяч циклов зарядки. После омоложения та же батарея выдержала почти 12 тысяч циклов – в шесть раз больше!" – подчеркнул доцент Государственной ключевой лаборатории молекулярной инженерии полимеров и кафедры макромолекулярных наук Университета Фудань Юэ Гао.
Отходы помогают спасать исторические памятники и продлевать их жизнь
Храм Рождества Христова XVII века годами разрушался в селе Борисоглеб. Традиционные методы реставрации оказывались бесполезны. Неожиданное решение проблемы ученые Владимирского университета нашли в отходах.
"Мы используем доломитизированную муку, которая и позволяет получить высокие показатели прочности для нашего материала", – рассказала магистр и инженер-исследователь ВлГУ Елизавета Репина.
В состав также вошли известь и измельченные отходы технической конопли, 96% которой сегодня просто выбрасывают. Такая неожиданная добавка позволила добиться идеального сцепления.
В результате новый материал не выглядит чужеродной заплаткой, а становится продолжением древней кладки. Секрет в том, что при смене температур известняк и новый раствор расширяются и сжимаются синхронно, что исключает разрушение.
"На многих объектах культурного наследия используются составы, не соответствующие по структуре, такие как цемент. Происходит отторжение структуры, когда состав просто отходит, и мы можем видеть, что около объекта лежит груда камней. Мы добиваемся, чтобы была хорошая адгезия. В результате этого все поры заполняются нашим составом, и он становится невозможным к отрыву", – добавила Елизавета Репина.
Новая разработка белгородских ученых помогает костям быстрее срастаться после переломов
Исследователи из Белгорода разработали методику, которая восстанавливает не здания, а человека.
"Наш первый полупродукт – это концентрированная суспензия, содержащая частицы гидроксиапатита, которую затем мы фильтруем, сушим и в конце получаем такой вот белый порошок", – показал магистрант и лаборант кафедры общей химии института фармации, химии и биологии НИУ "БелГУ" Игорь Тарасов.
Белый порошок – строительный материал для человеческого скелета. Он является идеальным двойником биоапатита – природного минерала на основе кальция и фосфора, из которых состоят наши кости и зубная эмаль. Работы над созданием уникального порошка исследователи Белгородского госуниверситета вели более 20 лет.
"Оказалось, что биоапатит, который содержится в наших костях, это не совсем гидроксиапатит. Он отличается от него целым рядом свойств. Во-первых, он с содержанием кальция. Там кальция меньше, чем нужно по формуле. Наноразмерные кристаллы должны быть, а не просто кристаллы. И главное – еще там должны быть еще частицы, не игольчатые формы, а круглые", – сообщил профессор Российской академии естествознания, доцент кафедры общей химии НИУ "БелГУ" Михаил Трубицын.
Новый материал так идеально копирует структуру натуральной кости, что организм легко принимает его за свою. Это означает, что даже самые сложные переломы, которые раньше заживали годами, теперь можно будет вылечить за несколько месяцев.
Ключ к восстановлению не только скелета, но и всего организма скрывается внутри нас самих
Американские ученые находятся в шаге от создания метода, который превратит человеческие клетки в мощное оружие против рака.
Оказывается, онкология и старение имеют общую природу. Под воздействием стресса, болезней, канцерогенов и плохой экологии в ДНК происходят поломки. Со временем их становится слишком много.
Но у нашего тела есть система ремонта – крошечная мастерская внутри каждой клетки. Ученые Университета Южной Калифорнии заглянули в нее и обнаружили нечто удивительное. Оказалось, что у "главного инженера", отвечающего за починку ДНК, есть личный помощник – особый белок.
"Когда в цепочке ДНК происходит разрыв, этот белок бежит на помощь. Он создает вокруг повреждения защитный пузырь, изолируя аварийный участок. Внутри этого пузыря он склеивает разорванные концы с хирургической точностью, не позволяя клетке допустить ошибку", – поделился профессор биологии, математики и компьютерных наук Университета Южной Калифорнии Майкл Уотерман.
Усилив активность этого уникального белка, человечество получит мощнейшее противораковое средство, а в будущем – и ключ к бессмертию. Вот так наука стирает границы между фантастикой и реальностью.
Еще больше интересного от РЕН ТВ – в канале "Рен. Знание" мессенджера MAX