У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Science Advances, дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту під керівництвом доктора Вей Гао розробили епіфлюїдну електронну шкіру з використанням машинного навчання (ML), надруковану на 3D-принтері для мультимодального спостереження за здоров’ям. Ця платформа дозволяє здійснювати фізичний і хімічний моніторинг стану здоров’я в режимі реального часу.

Носімі медичні пристрої можуть зробити революцію у світі медицини, пропонуючи відстеження в реальному часі, персоналізоване лікування та ранню діагностику захворювань.

Однак одна з основних проблем цих пристроїв полягає в тому, що вони не відстежують дані на молекулярному рівні, а їхнє виготовлення є складним завданням. Доктор Гао пояснив, чому це стало мотивацією для їхньої команди.

«Зараз зростає дослідницький інтерес до персоналізованої охорони здоров’я, покликаного провести революцію в традиційній медичній практиці. Щоб подолати ці проблеми, ми використовуємо нашу технологію 3D-друку для створення необхідних компонентів, таких як фізичні датчики, хімічні датчики, мікрофлюїдика та суперконденсатори для наших пристроїв. платформа», — розповів доктор Гао.

Доктор Гао і його команда зробили саме це, розпочавши масове виробництво платформи, що носиться під назвою e3-skin, яка надрукована в 3D на індивідуальних матеріалах.

e3-skin: Епіфлюїдна електронна шкіра, надрукована на 3D-принтері.

Назва e3-skin походить від «епіфлюїдної еластичної електронної шкіри». Це система, що наноситься на 3D-принтері, яка безперервно відстежує різні фізіологічні параметри і прогнозує поведінкові реакції.

Доктор Гао пояснив різні компоненти e3-skin, сказавши: «Всі основні компоненти платформи, що носиться, включаючи фізичні датчики, хімічні датчики, мікрофлюїдику і мікросуперконденсатори для зберігання енергії, можуть бути легко виготовлені за допомогою екструзійного 3D-друку різних функціональних матеріалів».

Що відрізняє e3-skin, так це надруковані на 3D-принтері біохімічні датчики та система мікрофлюїдики. Інтеграція технології 3D-друку є ключовим аспектом створення e3-скіна. 3D-друк забезпечує точність та індивідуалізацію, дозволяючи дослідникам точно проектувати та виробляти важливі компоненти. Це спростило виробництво та дозволило інтегрувати складні структури та матеріали, включаючи 3D-друковані біохімічні датчики та мікрофлюїдику.

Доктор Гао далі уточнив: «Бохімічні датчики, можуть надати важливу інформацію про здоров’я на молекулярному рівні. У поєднанні з біофізичними датчиками вони можуть надати повнішу інформацію про стан нашого здоров’я».

Щобільше, використання мікрофлюїдики, науки про маніпулювання та контроль крихітних кількостей рідини в невеликих каналах або пристроях допомогло їм проаналізувати біомаркери в людському поті. Мікрофлюїдика може автоматично викликати потовиділення за допомогою іонофорезу, збирати його без необхідності напруженої діяльності, мінімізувати випаровування поту та полегшувати біохімічний аналіз у реальному часі з використанням свіжих зразків поту.

Носимі медичні технології з підтримкою ML

Можливості e3-скіна виходять за межі його апаратних компонентів. Він інтегрує алгоритми машинного навчання, які грають ключову роль його функціональності. Але перш ніж заглиблюватися в ML, важливо зрозуміти чудовий матеріал, який уможливлює створення e3-скіна: MXene.

MXene, сімейство 2D-матеріалів, є універсальним матеріалом, відомим своїми унікальними властивостями. Водний Ti3C2Tx (MXene) служив чорнилом для 3D-друку міжз’єднань та біофізичних датчиків у шкірі e3.

Команда використовувала MXene для усунення обмежень існуючих систем. За словами доктора Гао, «більшість сучасних систем, що носяться, працюють на батареях, які є жорсткими, громіздкими та недостатніми, що потребує частої заміни».

Щоб усунути це обмеження, в e3-skin вбудований сонячний елемент, який збирає енергію з навколишнього світла та ефективно зберігає її в мікросуперконденсаторах на основі MXene, надрукованих на 3D-принтері. Це нововведення забезпечує стійку роботу без батарейок для довгострокового моніторингу здоров’я під час повсякденної діяльності.

Нанолісти MXene мають такі властивості, як негативно заряджена поверхня і гідрофільність, які дозволяють їм диспергуватися і залишатися стабільними у воді. Це забезпечує точний друк завдяки ниткам MXene, що мають регульовану ширину ліній та здатність прилипати до гнучких матеріалів, таких як шкіра людини.

Доктор Гао далі підкреслив: «Надруковані нитки MXene можуть утворювати однорідні масиви зі складними візерунками, що дозволяє створювати складні структури всередині e3-шкіри».

Майбутнє носимих пристроїв

e³-skin демонструє великі перспективи, збираючи найкраще з ML, матеріалів і ліків. «e³-skin надає захоплюючі можливості для просування переносних біосенсорів у практичне застосування в сучасній охороні здоров’я», — підкреслив доктор Гао.

Завдяки постійному моніторингу життєво важливих біомаркерів і великому збору даних він має потенціал для прогнозування когнітивних і поведінкових розладів і моніторингу різних аспектів здоров’я. Дані, зібрані e³-skin, можуть покращити персоналізовану медичну допомогу, дозволяючи раннє попередження, ранню діагностику та своєчасне втручання для максимізації результатів для здоров’я.

Доктор Гао завершив, заявивши: «Великі набори даних, зібрані такими мультимодальними переносними пристроями в повсякденній діяльності в поєднанні з сучасними алгоритмами машинного навчання, можуть виявити основний зв’язок рівня біомаркерів зі складними станами здоров’я.

«Таким чином, він обіцяє змінити сферу моніторингу здоров’я переносних пристроїв і розширити можливості персоналізованої медичної допомоги на основі даних». Джерело

Індивідуальні інновації вважаються однією з ознак інтелекту всередині виду, а слони належать до тварин, якими дослідники давно цікавляться через їхній витончений підхід до розв’язання проблем. Нещодавно опубліковане дослідження в журналі Animal Behavior детально описує результати шестимісячного дослідження, яке документує здатність окремих диких азіатських слонів отримувати доступ до їжі шляхом вирішення головоломок, які відкривають ящики для зберігання.

«Це перше дослідження, яке показує, що окремі дикі слони мають різну готовність і здатність розв’язувати проблеми, щоб отримати їжу», — сказала провідний автор дослідження Сара Джейкобсон, докторант психології, який вивчає пізнання тварин у Центрі вищих навчальних закладів CUNY та Хантер. Коледж. «Це важливе знання, оскільки те, як тварини думають і впроваджують інновації, може вплинути на їх здатність виживати в середовищах, які швидко змінюються через присутність людини».

Дослідження, проведене в заповіднику дикої природи Салакпра в Канчанабурі, Таїланд, використовувало камери, що активуються рухом, щоб спостерігати за 77 дикими азіатськими слонами, які підійшли та вирішили, чи варто відкривати коробки-головоломки з трьома відділеннями різної конфігурації, які містили дуже ароматний джекфрут.

Залежно від відділення, з яким слон взаємодіє, до джекфрута можна дістатися, потягнувши за ланцюжок, щоб двері відчинилися в бік слона, штовхнувши двері так, щоб вони відчинилися в ящик, або посунувши двері праворуч. Слонам довелося самостійно взаємодіяти з коробками-головоломками, щоб дізнатися, як їх можна відкрити.

З часом 44 слони, які підійшли до коробок із пазлами, взаємодіяли з ними, але були індивідуальні відмінності в тому, наскільки слони були інноваційними. Дослідники виявили, що слони, які частіше і з більшою наполегливістю взаємодіяли з коробками-головоломками, успішніше діставали їжу з усіх трьох відділень різної конфігурації. Загалом 11 слонів розгадали один тип купе, а вісім – два типи купе. П’ять слонів розгадали всі три типи, а отже, були найбільш інноваційними.

«Конфлікт за участю людей і слонів зростає через втрату природного середовища існування та вторгнення сільського господарства в те, що від нього залишилося», — сказав головний дослідник дослідження д-р Джошуа Плотнік, професор психології Центру вищих навчальних закладів CUNY та Коледжу Хантера, і Сара Джейкобсон. дис.кер. «Дослідження інновацій і розв’язання проблем у слонів може допомогти нам зрозуміти когнітивну гнучкість диких слонів і її потенційний вплив на управління збереженням і пом’якшення конфлікту між людиною та слоном». Джерело

Антиматерія інтригувала і бентежила фізиків протягом майже століття, а вплив гравітації на антиматерію був предметом розбіжностей. Нове дослідження, можливо, вирішило дискусію, виявивши, що на атоми антиводню, аналоги водню антиматерії, впливає гравітація, так само як і на їхні еквіваленти матерії, що виключає існування відштовхувальної «антигравітації».

У сімнадцятому столітті Ісаак Ньютон запропонував свою теорію гравітації після того, як спостерігав, як яблуко падає з дерева, і запитав, чому воно впало прямо вниз, а не набік чи вгору. Століттями пізніше Альберт Ейнштейн розробив свою загальну теорію відносності, яка залишається найбільш успішним і перевіреним описом гравітації. Однак антиматерія була невідома Ейнштейну.

У 1928 році британський фізик Пол Дірак висунув теорію про те, що для кожної частинки існує відповідна античастинка, передбачивши існування позитрона або антиелектрона, який вперше був помічений у 1932 році. Відтоді було багато припущень про взаємодію між гравітацією та і антиматерію, дехто стверджує, що антиматерія відштовхується силою тяжіння, а інші, що вона притягується.

Нове дослідження, проведене співробітництвом Antihydrogen Laser Physics Apparate (ALPHA) Європейської організації ядерних досліджень (CERN), можливо, вирішило суперечку, виявивши, що атоми антиводню, аналога водню з антиматерії, падають на Землю, так само як їхні еквіваленти матерії.

«У фізиці ви нічого не знаєте, поки не спостерігаєте за цим», — сказав Джеффрі Хангст, автор дослідження. «Це перший прямий експеримент, який фактично спостерігає вплив гравітації на рух антиматерії. Це віха у вивченні антиматерії, яка все ще загадує нас через її очевидну відсутність у Всесвіті».

Експеримент ALPHA пов’язаний зі створенням, захопленням і вивченням атомів антиводню в пристрої для захоплення. Атоми антиводню є електрично нейтральними та стабільними частинками антиматерії, що робить їх ідеальними для вивчення гравітаційної поведінки антиматерії. Антиводень створюється шляхом поєднання двох компонентів античастинок, антипротонів і позитронів. Антипротон — субатомна частинка з такою ж масою, що й протон, але з негативним електричним зарядом.

Команда ALPHA нещодавно побудувала вертикальний апарат під назвою ALPHA-g, де «g» позначає локальне прискорення сили тяжіння, яке для матерії становить 32,2 фута/с² (9,81 м/с²). ALPHA-g дозволяє вимірювати вертикальні позиції, в яких атоми антиводню зустрічаються з відповідним їм матеріалом – процес, який називається анігіляцією – коли магнітне поле пастки вимикається, що дозволяє атомам вирватися.

Дослідники вловили групи з приблизно 100 атомів антиводню, по одній групі за раз. Потім вони повільно вивільняли атоми протягом 20 секунд, поступово зменшуючи струм у верхньому та нижньому магнітах-пастках. Комп’ютерне моделювання передбачало, що 20% атомів вийдуть через верхню частину пастки, а 80% – через нижню; ця різниця спричинена дією сили тяжіння вниз. Усереднюючи результати семи випробувань випуску, дослідники виявили, що фракції антиатомів, які виходять через верх і низ, узгоджуються з моделюванням. Тобто атоми антиводню падали, так само як і атоми водню під дією 1 г або нормальної сили тяжіння.

Використовуючи апарат ALPHA-g, дослідники ефективно відтворили знаменитий гравітаційний експеримент Галілея. Згідно з легендою, італійський вчений скинув залізні кулі різної ваги з вершини Пізанської вежі, і вони приземлилися одночасно, показавши, що гравітація змушує об’єкти з різною масою падати з однаковим прискоренням.

Хоча дослідники кажуть, що їхні висновки виключають існування відразливої ​​«антигравітації», поточне дослідження знаменує собою лише початок детальних прямих досліджень гравітаційної природи антиматерії.

«Нам знадобилося 30 років, щоб навчитися створювати цей антиатом, тримати його та контролювати настільки добре, щоб ми могли скинути його таким чином, щоб він був чутливим до сили тяжіння», Хангст сказав. «Наступним кроком є ​​вимірювання прискорення якомога точніше. Ми хочемо перевірити, чи справді матерія та антиматерія падають однаково».

Дослідження було опубліковано в журналі Nature, а в наведеному нижче відео, створеному CERN, Джеффрі Хангст пояснює, як працює ALPHA-g, причини та результати експериментів із гравітацією антиматерії.

У двох останніх роботах дослідники Університету Сент-Луїса повідомляють про виявлення високої концентрації мікропластику в печерній системі Міссурі, яка була закрита для відвідувачів протягом 30 років. Елізабет Хазенмюллер, доктор філософії, доцент кафедри наук про Землю та атмосферу та заступник директора Інституту ВОДИ при SLU, та її команда опублікувала результати в журналах Science of the Total Environment and Water Research, виявивши значні рівні мікропластику в печері Кліфф. в окрузі Сент-Луїс, штат Міссурі.

Дослідження, яке було розпочато дослідницькою групою Хазенмюллера та класом карстової гідрології, дозволило студентам команди брати участь у польових дослідженнях і публікувати свої висновки.

Мікропластик характеризується як пластикові частинки розміром менше ніж 5,0 міліметрів, які можна знайти в морському, наземному та прісноводному середовищах. Хазенмюллер раніше вивчав мікропластик у річкових системах, таких як басейн річки Мерамек, але тепер він хотів поглянути на підповерхневу сферу, яка взагалі не була досліджена.

«Багато досліджень було зосереджено на налаштуваннях поверхневих вод», — сказав Хазенмюллер. «Дослідження мікропластику спочатку почалися в океані через дуже помітну проблему великого забруднення пластиком у цьому середовищі. Останнім часом більше досліджень спрямовано на дослідження річок, озер та інших поверхневих прісноводних систем.

«Однак одна з найбільш недостатньо вивчених областей у цій галузі стосується того, що відбувається з надрами з точки зору забруднення мікропластиком. Ці частинки можуть потрапляти в ґрунтові води, звичайний ресурс питної води або печери, де існують крихкі екосистеми. Кілька років моя дослідницька група була зосереджена на спробі зрозуміти поширеність мікропластику та транспортування в цих підповерхневих середовищах».

Хазенмюллер та її команда вибрали печеру Кліфф для своїх досліджень, оскільки печера була закрита для відвідування з 1993 року, що дозволило їм виключити присутність людей у ​​печері як можливу причину будь-якого спостережуваного забруднення мікропластиком. Їхні дослідження показали, що мікропластик був знайдений по всій печері, але найвищі концентрації були розташовані біля входу та в осадових відкладеннях.

«Частиною причини, чому ми вибрали Кліфф-Кейв, є те, що парки округу Сент-Луїс регулюють доступ до печери», — сказав Газенмюллер. «Ми знали, що якщо ми знайдемо мікропластик у печері, це не буде тому, що хтось щойно повернувся в печеру та скинув волокна зі свого одягу або залишив обгортки від їжі».

Завдяки своїм дослідженням Хазенмюллер та її команда виявили, що затоплення збільшує кількість мікропластику, що переміщується через систему печер. Мікропластик рухається разом з водою, і коли відбувається затоплення, надлишок води приносить із собою в печеру більше мікропластику.

Повінь також сприяла більшій різноманітності мікропластику у печерній воді. Коли ці паводкові води відступили, мікропластик, ймовірно, відкладався біля входу в печеру у більшій кількості, ніж у місцях глибше в печері.

«Ми не були впевнені, чого очікувати з набором даних, але ми виявили, що головний вхід у печеру — це місце, де є багато мікропластикового сміття, чи то від повеней, чи, можливо, від мікрочастинок пластику, зважених у повітрі, які осідають біля отвору. печера», — сказав Хазенмюллер. «Ми точно знаємо, що паводкові води приносять мікропластик у печеру, тому що, коли ми проходили печерні проходи та збирали зразки, ми знайшли пластиковий пакет зі стружкою, який був переплетений із листям, жолудями та іншим сміттям із поверхні».

Паводкові води не тільки сприяли підвищенню рівня мікропластику, але Хазенмюллер і її команда також виявили, що мікропластик майже в 100 разів більше концентрується в осадах, ніж у воді, знайденій у печері Кліфф. Мікропластик потрапив у печерний осад водою печерного потоку та залишився там навіть після того, як паводкова вода відступила.

«Ми намагалися з’ясувати, яка частка мікропластику активно рухається через печерний потік прямо зараз у порівнянні з тим, що довго зберігається в печерних відкладеннях», — сказав Хазенмюллер. «Одна з дійсно цікавих речей, яку ми знайшли, полягає в тому, що більша частина мікропластику була в осадах. Таким чином, 99 відсотків уламків мікропластику, які ми знайшли в печері, зберігалися в осадах; лише дуже мала частина пластику була у воді. .»

«Коли рівень води підвищується під час повені, ви бачите більшу кількість і різноманітність частинок мікропластику у воді», – додав Хазенмюллер. «Ми вважаємо, що, ймовірно, відбувається те, що після затоплення печери частинки води осідають в осад. Коли вода відходить, цей матеріал залишається в осаді печери, можливо, протягом десятиліть або довше. А коли рівень води падає, концентрація мікропластику у воді значно нижча».

Незважаючи на те, що печера закрита від людей, все ще відчуває їхній вплив. Печера Кліфф розташована поблизу житлових районів, які можуть сприяти мікропластику в системі. Цей висновок узгоджується з попередніми дослідженнями Інституту води SLU, які показують, що щільність населення є найбільшим фактором, що визначає місце мікропластику в природі. Газенмюллер сказав, що враховуючи ці висновки, люди можуть зробити деякі речі, щоб обмежити кількість мікропластику, який вони можуть внести в навколишнє середовище.

«Нам як окремим особам важко боротися із забрудненням пластиком через поширеність цих матеріалів, але це допомагає пам’ятати про особисте використання пластику», — сказав Хазенмюллер. «Люди можуть уникати купівлі пластикових матеріалів, таких як синтетичний текстиль, який використовується в одязі, але це створює проблеми для повсякденних споживачів. У більшому масштабі ми, як суспільство, могли б відійти від синтетичного одягу, оскільки багато сміття, яке ми знайшли, у цій печері були синтетичні волокна з текстилю. І, звичайно, допомогло б скорочення нашого загального виробництва та споживання пластику».

Мікропластик не тільки потенційно завдає шкоди печерному середовищу, але й впливає на дику природу, яка називає печеру Кліфф домом. Кажани, амфібії та інші тварини вільно пересуваються печерою, і мікропластик може порушити їх делікатне середовище існування. Мікропластик — це проблема не лише людини, а й проблеми навколишнього середовища, і Хазенмюллер закликає до додаткових досліджень, щоб переконатися, що забруднення не погіршується.

«Дійсно важливо зрозуміти, який рівень загрози становить мікропластик для унікальних і рідкісних тварин, які мешкають лише в печерних системах», — сказав Хазенмюллер. «Лише кілька досліджень оцінювали мікропластик у цих типах підземних екосистем. Таким чином, наша робота надає менеджерам ресурсів інформацію, про яку їм потрібно думати, щоб захистити ці крихкі середовища існування від нових забруднень, таких як мікропластик». Джерело

В Аризоні, Юті, Каліфорнії та Техасі місцеві жителі та вчені помічають все більше гігантських тріщин, які з’являються в землі. Лише у південній частині штату Арізона геодезисти нанесли на карту 272 кілометри таких розломів.

За словами співробітника геологічної служби Арізони Джозефа Кука, тріщини не можна назвати природними утвореннями. Масове просідання ґрунту та зміщення ґрунту спровоковані діяльністю людини, яка буквально «знекровлює Землю», оскільки понад 80% відомих випадків просідання ґрунту — наслідок використання підземних вод. Вони служать одним із головних джерел прісної води у світі та забезпечують майже 50% усієї питної води та близько 40% зрошення.

Однак люди викачують води з надр планети набагато швидше, ніж Земля здатна їх заповнити. Зростання освоєння земель загрожує посиленням проблем просідання ґрунту та виникненням нових тріщин. Джерело

Міжнародна група геологів та сейсмологів вивчила зразки гірських порід, витягнутих із дна океану для визначення меж гіпотетичного сьомого континенту – Зеландії. За уточненою оцінкою площа континенту з урахуванням затоплених ділянок становить близько 5 млн км². Це приблизно в 1,5 раза менше за Австралію.

Приблизно 83 млн років тому суперконтинент Гондвана був розірваний геологічними силами, внаслідок чого згодом виникли континенти, які існують сьогодні. Дослідники раніше показали, що окрім шести збережених (Євразія, Африка, Південна Америка, Північна Америка, Австралія та Антарктида) після розпаду існував ще один континент — Зеландія, який пізніше пішов під воду.

94% території Зеландії зараз знаходиться під водою, решта 6% включають Нову Зеландію та острови, що її оточують. Оскільки Зеландія занурена під океан, вона так добре вивчена, як звичайні континенти. Дослідники уточнили існуючі карти Зеландії, на основі аналізу походження каміння та відкладень, піднятих з дна океану.

Датуючи каміння та інтерпретуючи магнітні аномалії, геологи нанесли на карту основні геологічні утворення Північної Зеландії. Дослідники виявили піщаник віком приблизно 95 млн років із пізнього крейдяного періоду та суміш граніту та вулканічної гальки віком до 130 млн років із раннього крейдяного періоду. Базальти новіші — їм близько 40 млн років, вони відносяться до періоду еоцену.

Дослідники також показали, що внутрішня деформація як Зеландії, так і Західної Антарктиди каже, що розтягнення призвело до розтріскування субдукційних плит, які прийняли океанську воду та утворили море Тасмана.

Через кілька мільйонів років подальше відділення Антарктиди продовжило розтягувати кору, поки вона не стоншилася настільки, що розкололася і вирішила долю Зеландії, яка значною мірою пішла під воду. Джерело