Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №726

Сейчас ученые продолжают наблюдения, распространив их на большую площадь звездного неба. Есть надежды, что большая достоверность данных позволит лучше понять природу темной материи или скорректировать законы тяготения, действующие на вселенских масштабах. ГА

Похоже, ни одно серьезное дело уже не может обойтись без основательных компьютерных расчетов. С их помощью ученые из Ноттингемского университета вместе с коллегами из исследовательского подразделения известного производителя снаряжения для пловцов Speedo разработали костюм LZR Racer. Всего за неделю примерившие его атлеты побили три мировых рекорда.

По сравнению с прошлогодней моделью FS Pro, которая уже помогла установить 21 мировой рекорд, новый костюм снижает сопротивление воды на 5%. А это довольно ощутимо, тем более что борьба давно идет за доли секунды.

Чтобы этого добиться, сначала были отсканированы тела более четырехсот спортсменов, включая нескольких чемпионов, а затем на основе программ для расчета гидродинамики были разработаны специальные алгоритмы, позволившие детально просчитать обтекание тела спортсмена водой. Расчеты выявили те участки на теле, трение воды о которые вызывает наибольшее пассивное сопротивление. На эти зоны дизайнеры поместили специально разработанную скользкую ткань, а сам костюм так облегал и подтягивал тело спортсмена, чтобы максимально снизить сопротивление воды. Кроме того, приходилось учитывать физиологические и биомеханические особенности пловцов, что значительно усложняет задачу. Примечательно, что измерение обтекания и механических свойств самой ткани пришлось заказывать лабораториям NASA.

Успех моделирования поставил перед учеными новые задачи. К олимпийским играм 2012 года компьютерные алгоритмы будут усовершенствованы, что позволит еще точнее просчитать активное сопротивление воды, а также учесть взаимодействие тела с открытой поверхностью воды. ГА

В старые времена было понятно, почему в животных и растениях содержатся полезные для нас вещества. Творец создал этот мир для использования человеком и населил его пригодными для удовлетворения наших нужд организмами. Одних можно есть, другими - лечиться, а третьими попросту любоваться… Изложенная трактовка для нынешних времен, безусловно, наивна. Окружающие нас живые существа - не наши слуги, а наши родственники и соседи. Но ситуации, когда в них вдруг находят вещества, пригодные для управления нашими организмами, продолжают удивлять.

Представляете себе жерлянок (бесхвостых рода Bombina) - мелких "лягушечек" с защитной окраской спины и яркими разводами на брюхе? Все лето эти бесхвостые проводят у мелких стоячих водоемов, где питаются разной беспозвоночной мелочевкой и обычно не пытаются скрыться при нашем появлении. В кожном секрете этих животных содержится полипептид (маленький "белок") из четырнадцати аминокислот, названный бомбезином. У нас с вами бомбезин - регулятор желез пищеварительной системы. После того как это вещество было найдено в кожных выделениях жерлянок, его обнаружили в мозгу и вегетативной нервной системе человека и других млекопитающих. Вероятно, этот компонент яда позволяет жерлянкам нарушить пищеварение своих потенциальных врагов.

В Южной Америке и Карибском бассейне обитает животное с выразительным названием "удивительная лягушка" (Pseudis paradoxus). Такое имя лягушка получила за красивый перламутровый отлив тела и за громадных головастиков, намного превосходящих не только размеры лягушат, в которых они превращаются, но и взрослых особей. Как выяснилось недавно, в коже этих животных содержится полипептид (который называется, естественно, псевдин), способный усиливать выработку инсулина поджелудочной железой человека.

Диабет II типа, при котором больные страдают от недостатка инсулина, - распространенное заболевание. Многие больные зависят от инсулина, инъекции которого вынуждены делать по определенному графику. Так вот, появилась надежда, что вместо инсулина из шприца можно будет использовать вводимые в тело небольшие дозы псевдина. К счастью для удивительных лягушек, одинаково активными оказалось как натуральное вещество, извлекаемое из их кожи, так и его синтетический аналог.

Зачем удивительной лягушке такое вещество - чтобы помочь больным диабетом? Нет, скорее, чтобы их не жрал кто ни попадя. Что, впрочем, не должно умалять благодарность братьям нашим меньшим за их биохимическое совершенство. ДШ

Шведским ученым из Технологического института Лунда впервые удалось снять "фильм" о том, как возбужденный электрон покидает атом.

Обычно электрону достаточно лишь 150 аттосекунд (10–18 с), чтобы облететь вокруг ядра. Такие быстрые процессы еще никто толком не успевал разглядеть. А именно движение электронов в атомах определяет химические взаимодействия, ход ионизации (отрыва электронов от своих атомов) и многие другие электронные процессы. Говоря начистоту, просчитать, например, квантовый процесс ионизации атома с приличным количеством электронов сегодня (да и в обозримом будущем) не под силу ни одному компьютеру. И хотя есть масса прекрасных упрощенных моделей, то как движется электрон, покидая атом, до конца неясно и сегодня.

Там, где бессильна теория, приходится ставить эксперимент. В своих опытах ученые освещали облако атомов гелия, помещенных в постоянное поле, импульсом фемтосекундного инфракрасного лазера. Его осциллирующее электромагнитное поле, "с точки зрения электронов", меняется медленно. Мощность импульса подбиралась так, чтобы напряженности поля еще не хватало для отрыва электронов от атомов, но было уже достаточно, чтобы активно манипулировать ими. Одновременно с инфракрасным лазером, строго один раз за период инфракрасной волны, атомы облучались серией одинаковых коротких и мощных аттоимпульсов, которые отрывали электроны сразу у нескольких атомов. В зависимости от того, в какой момент отрывался электрон, поле инфракрасного лазера либо уносило его от атома дальше, либо, наоборот, толкало его обратно. Оторванные и ускоренные электроны постоянным полем сносились к детектору, регистрировавшему карту распределения их скоростей. Накопив данные от многих ионизаций, ученые в результате получили ясную картину квантового состояния электронов, ионизированных в определенный момент действия инфракрасного поля. Поскольку серия аттоимпульсов порождала серию одинаковых электронных пакетов, можно считать, что процесс ионизации освещался как в стробоскопе.

Новая техника "съемок" позволяет изучать не только ионизацию атомов, но и процессы рассеяния электронов на нейтральных атомах и ионах, а также квантовые состояния атомов сразу после их ионизации. Теперь у теоретиков появилась прекрасная возможность проверить свои модели и лучше разобраться в сложных квантовых электронных процессах. ГА

Любопытное явление удалось наблюдать химикам из Университета Северной Каролины. Оказывается, движением асимметричных микрочастиц в растворе можно эффективно управлять с помощью переменного электрическо поля. Это свойство очень пригодится биологам и технологам для работы на микро и наномасштабах и может стать основой многих новых электронных устройств.

То, что внешнее электрическое поле активно влияет на движение различных ионов и микрочастиц в растворах и электролитах, давно известно. Но такого интересного эффекта еще не доводилось наблюдать никому. Ученые взяли шарики из полистирола микронных размеров и покрыли одну их половину тонким слоем золота (на эту роль подойдет и любой другой химически стойкий металл). Такие частицы в честь двуликого древнеримского бога окрестили Янус-частицами.

Янус-частицы поместили в раствор поваренной соли, туда же ввели пару электродов и стали прикладывать к ним напряжение величиной около ста вольт, меняющееся с частотой от ста герц до десяти килогерц. После включения тока частицы сначала поворачивались так, чтобы плоскость между двумя их половинками стала параллельна электрическому полю. Затем частицы начинали двигаться вдоль электродов, перпендикулярно полю, своей пластиковой половинкой вперед - со скоростью до нескольких десятков микрон в секунду. Дело в том, что во внешнем поле металлическая поверхность частиц поляризовалась гораздо сильнее, чем пластиковая, что вызывало электроосмотическое обтекание частицы жидкостью и толкало ее в противоположном направлении.

Сейчас даже трудно представить, какие устройства можно изготовить на основе Янус-частиц. Их можно использовать и для простого перемешивания жидкости, и для сложной доставки лекарств или сенсоров по назначению, и даже для сборки наноустройств. Вдохновленные успехом ученые уже приступили к созданию теории движения ассиметричных частиц с более сложной формой и замысловатой поверхностью, а также к постановке новых экспериментов. ГА