Пять изобретений, которые мы могли никогда не увидеть...
7 ноября 1891 года американец Уиткомб Лео Джадсон запатентовал первый известный прототип застежки-молнии. Она была запатентована за номером 504038 как «застежка для обуви». Об этом изобретении на долгие годы забыли. Застежка-молния снова появилась в измененном виде только спустя почти 20 лет.
По этому случаю мы решили рассказать о пяти изобретениях, которые по тем или иным причинам могли никогда не увидеть.
ЗАСТЕЖКА-МОЛНИЯ
Создатель застежки Уиткомб Лео Джадсон представил ее публике в 1893 году, однако она оказалась сложной в изготовлении и ненадежной. Никакие заверения в революционности изобретения не могли убедить людей в полезности диковинной штуковины. Пытаясь продвинуть новый продукт на рынок, Джадсон почти обанкротился. Возможно, мы бы никогда и не узнали о такой застежке, если бы не случай. Джадсон решил привлечь в партнеры Гарри Эрла и Луиса Уокера. Последний в свою очередь привлек американского инженера шведского происхождения Гидеона Сундбэка, который представил свой вариант застежки, похожий на те застежки-молнии, которыми мы пользуемся сейчас. Новый вариант молнии Сундбэк запатентовал 29 апреля 1913 года, также он разработал технологию ее производства. Фабриканты, помня о прошлом печальном опыте с ненадежными застежками, сначала отнеслись к продукту с недоверием, но затем молния доказала свою эффективность, и продажи пошли на ура.
Фото: Global Look
ПУЗЫРЧАТАЯ УПАКОВКА
Пузырчатая упаковка была изобретена в 1957 году. Ее создали по просьбе одного нью-йоркского дизайнера два инженера — Альфред Филдинг и Марк Чаваннес. Первоначально пузырчатая упаковка задумывалась как новый материал для обоев, который было бы легко и удобно чистить. Пленка представляет собой гибкий прозрачный полиэтилен, поверхность которого равномерно покрыта небольшими выступами, заполненными воздухом. Сейчас она широко используется для упаковки хрупких предметов. Но так было не всегда. Идея не понравилась, и об изобретении на время забыли. Когда один из создателей пленки — Филдинг — подлетал к аэропорту Ньюарк в Нью-Джерси, ему показалось, что пушистые облака как будто смягчают посадку самолета. Тогда ему и пришло в голову использовать пузырчатую пленку для упаковки. В январе 1960 года он и Чаваннес основали компанию Sealed Air и запатентовали пленку под названием Bubble Wrap.
Фото: Wikipedia
ДИСКОВЫЕ ТОРМОЗА
В 1902 году Фредерик Ланчестер запатентовал дисковые тормоза. Они даже стали устанавливаться на некоторых моделях автомобилей Lanchester. Как и на современных автомобилях, дисковые тормоза Ланчестера имели зажимы, которые прижимались и фиксировали с двух сторон барабан колеса. Сначала дисковые тормоза устанавливались на задних колесах. В качестве тормозного элемента задействовались медные колодки, которые быстро изнашивались. Диск быстро забивался грязью и пылью. Дисковые тормоза Ланчестера оказались неэффективны. О них забыли. Фред Ланчестер поделился своей инновацией с фирмой AC, производителем спортивного автомобиля AC Cobra.
Фото: Wikipedia
КОМПЬЮТЕРНАЯ МЫШЬ
В 1963 году сотрудник Станфордского исследовательского института Дуглас Энгельбарт придумал механический датчик перемещения. Спустя год был сконструирован первый рабочий прототип манипулятора, который был назван «мышью» из-за сходства торчащего из устройства провода с хвостом грызуна. Корпус был изготовлен из дерева. Мышь предназначалась для операционной системы oN-Line System (NLS). Устройство имело два перпендикулярно расположенных колесика. Из-за большого количества недостатков эта конструкция на рынке не прижилась, хотя проект даже поддерживался космическим агентством NASA. Об изобретении Дугласа Энгельбарта вспомнили лишь десять лет спустя благодаря компании Xerox PARC и компьютеру Alto.
Фото: Wikipedia
КЛЕЙ ДЛЯ СТИКЕРА
В 1968 году работавший в компании 3M химик Спенсер Сильвер изобрел плотный клей, который не впитывался в поверхность бумаги и не оставлял следов. Изобретение долгое время оставалось невостребованным. Через несколько лет Артур Фрай, сотрудник той же компании, случайно нашел практическое применение для нового клея. Певший в церковном хоре Фрай стал приклеивать на это вещество закладки в своем молитвеннике. При перелистывании они не повреждали хрупкие страницы. Так появилась бумага с клеевым краем — стикеры.
Фото: Wikipedia
Источник: smartnews.ru
Двумерное олово как следующий чудо-материал
Станен, как его называют учёные, может оказаться топологическим изолятором при температурах вплоть до точки закипания воды, и это серьёзная претензия на звание следующего прорывного материала в электронике.
Сразу же оговоримся: чудо-материал — это как чудо-оружие. То есть если вы не умеете его применять, то оно вам не поможет, и даже после создания чего-то нужны годы труда, чтобы воспользоваться потенциалом новинки. Отличный пример — графен. Двумерный углерод, одноатомная пластина которого горазда на свойства, которые радикально отличаются от обычных графитовых. Понять, что у него сверхбудущее, удалось давно, а вот внедрение графена только-только начинается.
Итак, Стэнфордский университет (США) в лице Шоучэн Чжана (Shoucheng Zhang) и его коллег из других стран и вузов показал, что двумерное олово способно стать очередным чудо-материалом.
Нет, правда, слой олова одноатомной толщины, похоже, и впрямь обладает выдающимися качествами. Сами разработчики наказывают его «станен» — от латинского stannum, что значит «олово», и, понятное дело, с прибавлением «графенового» суффикса.
Всё последнее десятилетие г-н Чжан и его группа изучали свойства того класса материалов, что откликается на название «топологические изоляторы» (ТИ). Они электропроводны только на своих внешних краях, во всём остальном оставаясь диэлектриками. В итоге, когда их производят из одноатомного слоя какого-нибудь материала, края таких изоляторов проводят ток со стопроцентной эффективностью, причём при комнатной температуре.
«Волшебство топологических изоляторов в том, что по своей природе они заставляют электроны двигаться по чётко определённым полосам, без скоростных ограничений, как на немецком автобане, — объясняет исследователь. — Пока они остаются «на трассе» — краях поверхностей из такого материала — электроны будут путешествовать без сопротивления».
Исследуя структуры ТИ, та же научная группа предсказала в 2006-2009 гг., что ряд соединений, таких как теллурид ртути и некоторые другие, будет обладать подобными свойствами, и последующие эксперименты других учёных подтвердили это.
Тогда материаловеды снова взялись за ту же часть таблицы Менделеева, решив попытать счастья с оловом.
Проведя необходимые расчёты, они пришли к выводу, что одноатомный слой олова будет топологическим изолятором для температур, равных комнатной и даже несколько выше — вплоть до 100 °С! Хотя это пока лишь теория, всё ещё проверяемая в лаборатории, предыдущие прикидки группы регулярно оправдывались, поэтому можно ожидать, что верным окажется и эта.
В первую очередь станен послужит для соединения множества секций микропроцессора, полагает г-н Чжан. Сегодня это осуществляется с помощью обычных проводников, создающих «пробки» из электронов, что увеличивает энергопотребление и тепловыделение процессоров.
«В будущем мы расскажем об использовании станена во множестве других компонентов микросхем, — говорит руководитель группы. — Быть может, однажды мы даже назовём Кремниевую долину Оловянной, заменив станеном кремний в транзисторах».
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.
Подготовлено по материалам Национальной ускорительной лаборатории SLAC
Источник: compulenta.computerra.ru.
Крейг Вентер: «Меня пугают не столько новые технологии, сколько упущенные возможности»
Выдающиеся организаторские и научные способности вместе с вольной или невольной скандальностью делают Крейга Вентера действительно крупной фигурой в современной науке. Недавно учёный выпустил книгу «Жизнь со скоростью света: от двойной спирали к цифровому бытию» («Life at the Speed of Light: From the Double Helix to the Dawn of Digital Life»), в которой среди прочего описал историю создания первого синтетического организма. В интервью, данном журналу Wired, можно узнать не только о содержании этого труда, но и о том, что исследователь думает о настоящем и будущем синтетической биологии, научно-этических проблемах и даже... о жизни на Марсе.
В «Жизни со скоростью света» вы утверждаете, что человечество входит в новую фазу эволюции. Что вы под этим понимаете?
Индустриальная эпоха заканчивается, переходя в эпоху биологического дизайна. Уже сейчас ДНК существует в виде оцифрованных данных. Благодаря развитию генетической инженерии — и синтетической биологии — мы можем манипулировать ДНК как нам заблагорассудится, а благодаря оцифровке биологической информации способны передавать её с помощью электромагнитных волн куда угодно, как если бы у нас был «биологический телепортер». Геном — это что-то вроде программного обеспечения клетки, и чем больше мы про него знаем, тем лучше понимаем, как работает клетка. Более того, мы можем отредактировать этот «софт» так, чтобы изменить работу «железа», то есть клеточных молекулярных машин.
Из всего того, что вы сделали за последние двадцать лет, что вам кажется наиболее важным?
Проект по созданию синтетической клетки. Но если попробовать выделить какое-то одно исследование, которое больше остальных расширило бы мои представления о жизни, то это работа 2007 года Genome Transplantation in Bacteria: Changing One Species to Another, которую мы с командой опубликовали в Science. В ней мы не просто убедились, что манипуляцией с ДНК можно превратить один вид в другой, — после неё стало окончательно понятно, что с геномом можно обращаться как с программой, и именно эта работа заложила основы для создания синтетической клетки.
В вашей книге есть впечатляющие примеры неудач, с которыми вы сталкивались на пути к синтетическому организму. Какое из разочарований было самым сильным?
Когда мы только начинали работу над синтетическим организмом JCVI-syn1.0, то выбрали в качестве отправной точки бактерию Mycoplasma genitalium — из-за её исключительно маленького генома (до недавнего времени M. genitalium считалась по этому параметру чемпионом среди живых организмов, не считая вирусов. — Прим. К. С.). Но тут оказалось, что M. genitalium в лабораторных условиях растёт чрезвычайно медленно. Если, скажем, кишечная палочка делится раз в 20 минут, то M. genitalium для этого требовалось 12 часов. Следовательно, вместо того чтобы узнать результат эксперимента на следующий день, нужно было ждать несколько недель. Я чувствовал, что весь тяжелейший труд, потраченный на эту бактерию, закончится ничем, и мы переключились на Mycoplasma mycoides, геном которой раза в два больше, чем у M. genitalium, но зато и растёт она гораздо быстрее.
Многие из ваших коллег были весьма впечатлены вашей работой, одни восторгались самим появлением искусственной клетки, другие — техническими ухищрениями, которые были при этом использованы. Но были и такие, которые отнеслись к синтетическому организму довольно пренебрежительно — дескать, это совсем не то, что создание жизни «с нуля».
Говорящие так не слишком отдают себе отчёт в том, что в данном случае означает выражение «жизнь с нуля». Возьмём, к примеру, кекс. Вы можете купить готовый. Можете взять специальную смесь, в которую нужно добавить лишь яйца, масло и воду. Можете «собрать» кекс из индивидуальных ингредиентов: муки, сахара, соли, молока, соды и т. п. Это, пожалуй, можно считать изготовлением кекса «с нуля». Но вряд ли кто-то при этом будет синтезировать соду из натрия, углерода, водорода, кислорода. Если перенести требование «абсолютного нуля» на синтетический организм, то не придётся ли нам заняться сборкой белков, липидов и нуклеиновых кислот даже не из предшественников-мономеров, а из тех же самых простейших элементов периодической таблицы?
Есть параллельные исследования, посвящённые созданию синтетических организмов, но в виртуальном мире (о чём вы упоминаете в своей книге). Насколько удовлетворительны такие модели?
Виртуальные клетки уже успели подтвердить свою «компетентность» — они действительно помогают узнать больше о том, что происходит в реальности. Вообще эти исследования начались в 1996 году, когда Масару Томита вместе со своими сотрудниками начал работать с только что расшифрованным геномом Mycoplasma genitalium и запустил так называемый E-Cell Project. Самые последние труды говорят о том, что исследователи способны на основании геномной информации создать виртуальную клетку, которая будет довольно близка к настоящей.
Вас постоянно вовлекали в дискуссии об этических аспектах создания синтетических организмов. Имеет ли смысл говорить об этом сегодня?
Проблема исследовательской ответственности сопровождает любое открытие и любую технологию, и все подобные вопросы можно было бы адресовать, например, тому, кто первым добыл огонь. Буквально каждые несколько месяцев происходят разные публичные мероприятия, посвящённые этическим проблемам, сопряжённым с новыми технологиями. Разумеется, важно прилагать все усилия во всех общественных областях, от образования до политики, чтобы новые технологии оставались не только эффективными, но и безопасными. Но за общественными дискуссиями не следует забывать, что синтетическая биология может дать ответы на ключевые вопросы медицины, экологии и прочих областей науки, касающихся всех и каждого.
В чём кроется бóльшая опасность: в исследовательских ошибках или в злонамеренном использовании результатов биологических исследований?
Меня больше заботят случайные утечки научной информации. Синтетическая биология, во-первых, во многом полагается на исследователей небиологического профиля, математиков и инженеров, чьи познания в биологии не так уж высоки. Во-вторых, молекулярно-биологические методы сегодня сверхдоступны; набор для проведения полимеразной цепной реакции позволяет провести эту самую реакцию едва ли не на кухне. И всё это биологическое знание может легко оказаться за пределами структур — правительственных, коммерческих, образовательных, — которые обеспечивают безопасность и культуру научных исследований. Последствия таких «биоинформационных утечек» непредсказуемы — особенно если речь идёт о «программируемой жизни».
Не отказаться ли нам тогда вообще от синтетической биологии?
Всё-таки мой самый большой страх связан не с тем, что технологии нам навредят, а с тем, что мы упустим возможности, которые они нам предоставляют. С их помощью мы можем решить, например, важнейшие проблемы, связанные с перенаселением и экологическими изменениями на планете.
Вы работали над тем, как превратить информацию из ДНК в цифровой сигнал и передать такой сигнал на машину, которая на его основе реконструирует живой организм...
Сейчас мы можем отдать цифровой ДНК-код программе, которая может восстановить, синтезировать эту последовательность; такие эксперименты мы ставим в нашей компании Synthetic Genomics (г-н Вентер основал Synthetic Genomics вместе со своим давним коллегой, нобелевским лауреатом Хамилтоном Смитом. — Прим. К. С.). Аппарат-синтезатор создаёт короткие ДНК-последовательности, которые потом соединяются специальным роботом-сборщиком. Синтез фрагментов ДНК, внесение в них специальных знаков, определяющих их итоговую последовательность, сборка — всё это выполняется автоматически. Мы используем мобильную лабораторию, которая позволяет брать образцы почвы, анализировать в них ДНК, — полученная информация образует своеобразное «облако». Сведения из такого облака можно передать на следующий блок, который будет комбинировать из них программу нового организма.
Что может дать эта технология с практической точки зрения?
Самое очевидное применение — создание противовирусных вакцин. Когда в 2009 году разразилась пандемия свиного гриппа, за полгода были созданы сотни миллионов препаратов вакцины — но даже этого было мало, тогда, напомню, погибло 250 тыс. человек. При производстве вакцины вирус растёт в оплодотворённых куриных яйцах, процесс занимает 35 дней. Чем сильнее, чем «патогеннее» вирус, тем более критичным будет время, которое тратится на разработку вакцины.
Сейчас мы вместе с компанией «Новартис» как раз заняты тем, чтобы ускорить этот процесс с помощью нашего метода. Геном вируса полностью прочитывается, после чего в нём выбираются гены, которые могут послужить хорошим материалом для вакцины, — как, например, гены белков оболочки. Эти белки далее тестируются на иммунитете: насколько сильный иммунный ответ они вызывают. Информационная работа с вирусом позволяет создать вакцину менее чем за пять дней. В принципе, метод был опробован ещё в 2011 году, и с тех пор показал свою эффективность на множестве штаммов гриппа.
А ещё вы занимаетесь проблемой лекарственной устойчивости бактерий...
Да, страх перед универсально устойчивыми бактериями заставляет многих говорить о том, что мы скоро узнаем, как жилось нашим предкам без антибиотиков. Однако хорошая альтернатива антибиотикам — это фаги. Каждые несколько дней половина всех бактерий на Земле погибает от фагов. С точки зрения медицины у фагов есть то преимущество перед антибиотиками: они высокоспецифичны и не бьют по хорошим симбиотическим бактериям. Однако бактерии, в свою очередь, вырабатывают устойчивость и к фагам. Кроме того, сам организм человека стремится избавиться от них как можно скорее. Опять же информационные манипуляции с ДНК позволяют решить эти проблемы — нужно лишь создать необходимую программу для фага. Разумеется, для этого нужно перебирать множество вариантов, но наш метод позволяет проектировать и создавать до 300 новых фагов в день, так что много вариантов не проблема.
Хотя сейчас мы ограничены небольшими организмами — вирусами и бактериальными клетками, в будущем мы собираемся перейти к более сложным системам, вплоть до тканей...
Очевидно, что конструирование и переконструирование организмов с помощью «ДНК-софта» и впрямь может открыть перед нами эру биологического дизайна. Однако амбиции Крейга Вентера одной лишь нашей планетой не ограничиваются. ДНК-конструкторы и ДНК-передатчики могли бы сильно упростить жизнь, к примеру, марсианским колонистам, которым не пришлось бы тащить с собой с Земли растения и бактерии, что называется, «на развод». Судя по тому, что исследования г-на Вентера спонсирует НАСА, американские космические чиновники прониклись масштабом идеи.
Однако г-н Вентер рассчитывает на большее — он полагает, что методы расшифровки и анализа ДНК позволят обнаружить жизнь на других планетах. В том числе, как это ни парадоксально, и на Марсе. Да, г-н Вентер — один из тех, для кого вопрос «есть ли жизнь на Марсе?» до сих пор не потерял своей актуальности. По мнению Крейга, жизнь в космосе не нашли до сих пор просто потому, что плохо искали. Он упоминает о своей работе с BP, когда в образцах воды, поднятых из метановых месторождений на глубине 2,2 км, обнаружилось невиданное изобилие микробов — почти такое же, по его словам, как в океане. И если уже в недрах Земли творится такое, то почему бы бактериям не жить и в глубинах Марса?..
Впрочем, чтобы не углубляться в обсуждение вопросов, есть ли жизнь на Марсе и обязательно ли она должна быть ДНК-белковой, на этом мы и закончим рассказ о Крейге Вентере — несмотря ни на что, выдающемся учёном нашего времени.
Подготовлено по материалам Ars Technica.
Источник: compulenta.computerra.ru.
 |
Свежие комментарии