Σμικρύνοντας τους επιταχυντές σωματιδίων. SLAC invention could make particle accelerators 10 times smaller

Οι επιστήμονες του SLAC εφηύραν μια δομή επιταχυντή από χαλκό που θα μπορούσε να κάνει τα μελλοντικά λέιζερ ακτίνων Χ και τους επιταχυντές για ακτινοθεραπεία μικρότερα και ευκολότερα στην χρήση  τους. Τροφοδοτώντας με ακτινοβολία terahertz μια μικροσκοπική κοιλότητα επιταχύνονται σωματίδια σε τεράστιες ενέργειες. Στην φωτογραφία φαίνεται ένα τμήμα της κατασκευής – η κοιλότητα απεικονίζεται σε μεγέθυνση στο ένθετο. Η εικόνα του ένθετου προέκυψε από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για ένα τμήμα της κοιλότητας μήκους 3,5 mm και πλάτους 280 μm στο στενότερο σημείο του. SLAC scientists have invented a copper accelerator structure that could make future X-ray lasers and accelerators for radiation therapy more compact. It feeds terahertz radiation into a tiny cavity to boost particles to tremendous energies. This image shows one half of the structure with the cavity in the circled area. Inset: Scanning electron microscope image of a section of the cavity, which is 3.5 millimeters long and 280 microns wide at its narrowest point. (Chris Pearson/Emilio Nanni/SLAC National Accelerator Laboratory)

Οι επιταχυντές σωματιδίων δημιουργούν δέσμες ηλεκτρονίων, πρωτονίων και ιόντων υψηλής ενέργειας που με τη σειρά τους χρησιμοποιούνται, στην διερεύνηση των υποατομικών συστατικών της φύσης, στην παραγωγή λέιζερ ακτίνων Χ που φιλμογραφούν άτομα και μόρια κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, στις ιατρικές συσκευές για τη θεραπεία του καρκίνου κ.λπ. Εν γένει, οι μεγαλύτεροι σε μέγεθος επιταχυντές είναι και οι ισχυρότεροι.

Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το εργαστήριο του επιταχυντού SLAC εφηύρε μια νέα κατασκευή που παρέχει 10 φορές μεγαλύτερη ενέργεια για μια δεδομένη απόσταση, σε σχέση με τους συμβατικούς επιταχυντές. Αυτό θα μπορούσε κάνει τους επιταχυντές που χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένες εφαρμογές κατά 10 φορές μικρότερους.

Η βασική ιδέα πίσω από τη νέα τεχνολογία είναι η χρήση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας terahertz για την ενίσχυση της ενέργειας των σωματιδίων και περιγράφεται σε πρόσφατο άρθρο στο Applied Physics Letters.

Στους σημερινούς επιταχυντές, τα σωματίδια αντλούν ενέργεια από ένα πεδίο ραδιοσυχνοτήτων που τροφοδοτείται σε ειδικά διαμορφωμένες δομές επιταχυντών ή κοιλότητες. [Accelerating: Radiofrequency cavities]

Κάθε κοιλότητα μπορεί να προσφέρει μόνο μια περιορισμένη ενεργειακή ώθηση σε μια δεδομένη απόσταση, οπότε απαιτούνται πολύ μακριές σειρές κοιλοτήτων για την παραγωγή δεσμών σωματιδίων υψηλής ενέργειας.

Η ακτινοβολία terahertz και τα ραδιοκύματα είναι και τα δύο ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που διαφέρουν στις αντίστοιχες συχνότητες (ή μήκη κύματος). Επειδή η ακτινοβολία terahertz έχει 10 φορές μικρότερo μήκος κύματος από τα ραδιοκύματα, οι κοιλότητες σε έναν επιταχυντή terahertz μπορεί επίσης να είναι πολύ μικρότερες. Στην παραπάνω εργασία είχε μήκος μόλις μισό εκατοστό. Μάλιστα η ερευνητική ομάδα του SLAC ανέπτυξε και μια πρωτότυπη μέθοδο για την ακριβή επεξεργασία και κατασκευή αυτών των μικροσκοπικών κοιλοτήτων.

Στο άμεσο μέλλον οι ερευνητές σχεδιάζουν να μετατρέψουν την εφεύρεσή τους σε «πυροβόλο» ηλεκτρονίων – μια συσκευή που θα μπορούσε να παράγει πολύ ισχυρές δέσμες ηλεκτρονίων για διάφορα πειράματα που απαιτούν τέτοιες δέσμες, για την κατασκευή νέας γενιάς λέιζερ ακτίνων Χ, αλλά και μικροσκόπια ηλεκτρονίων που θα μας επιτρέψουν να δούμε σε πραγματικό χρόνο πως λειτουργεί η φύση σε ατομικό επίπεδο. Αυτές οι δέσμες θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν και για τη θεραπεία του καρκίνου.

Πηγές: M. Othman et al., Applied Physics Letters, 18 August 2020 (10.1063/5.0011397) - https://www6.slac.stanford.edu/news/2020-09-23-slac-invention-could-make-particle-accelerators-10-times-smaller.aspx - https://physicsgg.me/2020/09/25/

 

 

Υπάρχουν κοσμικές χορδές; Has NANOGrav found first evidence for cosmic strings?

Tα δεδομένα του Παρατηρητηρίου ΝανοΧερτς Βαρυτικών Κυμάτων της Βόρειας Αμερικής (NANOGrav) μπορεί να περιέχουν ενδείξεις ύπαρξης κοσμικών χορδών. The North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) has recently reported strong evidence for a stochastic common-spectrum process affecting the pulsar timing residuals in its 12.5-year data set. We demonstrate that this process admits an interpretation in terms of a stochastic gravitational-wave background emitted by a cosmic-string network in the early Universe.

Στην δημοσίευση με τίτλο «Has NANOGrav found first evidence for cosmic strings?», εξετάζεται η πιθανότητα τα δεδομένα του πειράματος NANOGrav να περιέχουν βαρυτικό σήμα σε συχνότητες nano-Hertz που προκαλείται από κοσμικές χορδές που δημιουργήθηκαν στις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του σύμπαντος.

Οι ερευνητές Simone Blasi, Vedran Brdar, και Kai Schmitz υποστηρίζουν ότι μια στοχαστική διαδικασία που παρατηρήθηκε στα δεδομένα 12,5 ετών του NANOGrav θα μπορούσε να οφείλεται σε βαρυτικά κύματα που παρήγαγε ένα δίκτυο κοσμικών χορδών.

Many theories about the birth of the universe suggest it is threaded through with cosmic strings: cracks in space-time created during rapid cooling after the big bang. This model shows the strings in orange and many smaller loops in green. Adapted from Carlos Martins & Paul Shellard

Οι κοσμικές χορδές είναι σαν τις χορδές που συνθέτουν τα στοιχειώδη σωματίδια αλλά τεντωμένες σε «κοσμικά μήκη» – και περιγράφονται με τα ίδια μαθηματικά των στοιχειωδών χορδών.

Gravitational wave detectors are our best hope for listening in on the cracks and hums of cosmic strings. They are all tuned to different frequencies. LIGO and VIRGO might hear high-pitched whipcracks, pulsar timing arrays could hear sub-bass rumblings, and LISA can fill the gaps.

Οι κινήσεις αυτών των τεραστίων διαστάσεων χορδών θα μπορούσαν να δημιουργήσουν βαρυτικά κύματα ανιχνεύσιμα στη Γη. Οι Blasi et al ισχυρίζονται πως είναι δυνατή η εκτίμηση των βασικών χαρακτηριστικών των κοσμικών χορδών μέσα από τα δεδομένα του πειράματος του NANOGrav, εφόσον αυτά περιέχουν βαρυτικά σήματα που οφείλονται στις κοσμικές χορδές.

Πριν από 20 χρόνια είχε ο προταθεί η μοναδική πιθανή παρατήρηση κοσμικής χορδής που έφερε το όνομα CSL-1, αλλά αργότερα αποδείχθηκε πως επρόκειτο λάθος ερμηνεία. Τώρα βλέπουμε για άλλη μια φορά ότι πειραματικά δεδομένα θα μπορούσαν να υποστηρίξουν την θεωρία των χορδών, κάτι βέβαια που θα κάνει έξαλλους τους αρνητές της – οι οποίοι υποστηρίζουν ότι δεν πρόκειται απλά για μια λάθος θεωρία, αλλά … not even wrong.

Πηγές: https://arxiv.org/abs/2009.06607 - https://cds.cern.ch/record/2730516/plots - https://cosmosmagazine.com/science/physics/cracks-in-the-universe-the-search-for-cosmic-strings/ - physicsgg

 

 

 

 

Ο ρόλος που έπαιξε το κλίμα στη ναυμαχία της Σαλαμίνας. The role of weather during the Greek–Persian 'Naval Battle of Salamis'

Τη σπουδαιότητα του κλίματος κατά τη διάρκεια της ναυμαχίας της Σαλαμίνας το 480 π.Χ. επισημαίνει έρευνα του Πανεπιστημίου Αθηνών. The area of the battle with the Persians in Salamis was chosen by the ancient Greeks after a thorough study of the local climatic conditions, according to a new study by the Center for Atmospheric Physics and Climatology Research of the Academy of Athens, led by academic professor Christos Zerefos, which was published in the international scientific journal Atmosphere. Wilhelm von Kaulbach (1805–1874), The Battle of Salamis (1868), oil on canvas, dimensions not known, Maximilianeum (Bayerischer Landtag) Senatssaal, Munich, Germany. Wikimedia Commons.

Η επιλογή του σημείου της σύγκρουσης με τους Πέρσες στη Σαλαμίνα ήταν άριστα μελετημένη από τους αρχαίους Έλληνες και καθόλου τυχαία, αναφέρει μία νέα μελέτη από το Κέντρο Ερεύνης Φυσικής της Ατμόσφαιρας και Κλιματολογίας της Ακαδημίας Αθηνών, με επικεφαλής τον ακαδημαϊκό καθηγητή Χρήστο Ζερεφό.  

Η επιλογή αυτή βασιζόταν στη γνώση των τοπικών κλιματολογικών συνθηκών, προσθέτει η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο διεθνές επιστημονικό περιοδικό Atmosphere.

Ο φετινός Σεπτέμβριος σηματοδοτεί την επέτειο των 2.500 ετών από τη ναυμαχία της Σαλαμίνας.  

Στα τέλη του Σεπτεμβρίου του 480 π.Χ. ο ελληνικός στόλος, με μικρές δυνάμεις αλλά με άριστη τακτική και υπό την ηγεσία του Θεμιστοκλή, πραγματοποίησε μία από τις αποφασιστικότερες νίκες της ιστορίας.

Henri-Camille Danger (1857–1937), Themistocles Drinking Poison (1887), oil on canvas, dimensions not known, École nationale supérieure des beaux-arts, Paris. Image by VladoubidoOo, via Wikimedia Commons.

Η νέα μελέτη δείχνει ότι η εμπνευσμένη στρατηγική του Θεμιστοκλή βασίστηκε σε μεγάλο βαθμό στο γεγονός, ότι οι αρχαίοι Έλληνες και ο ίδιος ο Θεμιστοκλής γνώριζαν τις κλιματολογικές συνθήκες και ιδιαίτερα τους ανέμους που έπνεαν στο στενό της Σαλαμίνας, προσαρμόζοντας τον στρατηγικό σχεδιασμό τους ανάλογα, ώστε να επωφεληθούν από την ημερήσια διακύμανσή τους.

Battle of Salamis, 480 BC.

Τα επιστημονικά ευρήματα δείχνουν πως ο συνδυασμός ενός βορειοδυτικού ανέμου που έπνεε κατά τη διάρκεια της νύχτας, με τη θαλάσσια αύρα που σηκώθηκε μετά τις 10:00, σχημάτισε μία «λαβίδα» ανέμου, η οποία, όσο περνούσε η μέρα, εγκλώβισε τον περσικό στόλο στη Σαλαμίνα.

Η κλιματολογική ανάλυση του ανεμολογικού πεδίου στην περιοχή όπου διεξήχθη η ναυμαχία βασίστηκε στις διαθέσιμες μετρήσεις των μετεωρολογικών σταθμών στην περιοχή, καθώς και σε δεδομένα των κλιματικών και μετεωρολογικών μοντέλων ERA5 και WRF για το χρονικό διάστημα 1960-2019, παράλληλα με τις ιστορικές μαρτυρίες από τις αρχαίες πηγές («Ιστορίαι» του Ηρόδοτου, «Πέρσαι» του Αισχύλου κ.ά.).

Όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα της έρευνας, οι κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν σήμερα στην περιοχή είναι παρόμοιες με αυτές που επικρατούσαν πριν από 2.500 χρόνια.  

Η κυριότερη αιτία του μελτεμιού, που πνέει από βόρειες, γενικά, διευθύνσεις στο Αιγαίο κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου, είναι ο συνδυασμός του μουσωνικού χαμηλού, δηλαδή ενός θερμικού χαμηλού που δημιουργείται πάνω από την ευρύτερη περιοχή της Ινδικής Χερσονήσου, με τις υψηλές πιέσεις που επικρατούν κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού πάνω από τα Βαλκάνια και την Κεντρική Ευρώπη.  

Ο παραπάνω συνδυασμός έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός ενισχυμένου βορείου ρεύματος στο Αιγαίο με την ονομασία «ετησίαι» (που σημαίνει «ετησίως επαναλαμβανόμενοι»). Οι εν λόγω κλιματολογικές συνθήκες περιγράφηκαν για πρώτη φορά από τον Αριστοτέλη στο βιβλίο του «Μετεωρολογικά».

Σε τοπικό επίπεδο, η αποδυνάμωσή των μελτεμιών τον Σεπτέμβριο ευνοεί την επικράτηση μικρότερων συστημάτων κυκλοφορίας, όπως είναι οι θαλάσσιες αύρες (μπάτης-μπουκαδούρα). 

Battle order. The Achaemenid fleet (in red) entered from the east (right) and confronted the Greek fleet (in blue) within the confines of the strait.

Οι Έλληνες είχαν γνώση της τοπικής κλιματολογίας και προσάρμοσαν ανάλογα το στρατηγικό σχέδιό τους. Ο περσικός στόλος έλαβε θέσεις μάχης στην ακτή της Αττικής (Αμφιάλη-Πέραμα) κατά τη διάρκεια της νύχτας.  Ωστόσο, με το πρώτο φως της ημέρας τα ελληνικά πλοία, αντί να προσπαθήσουν να διαφύγουν, όπως περίμεναν οι Πέρσες, εμφανίστηκαν επίσης παρατεταγμένα σε σχηματισμό μάχης από την πλευρά της Σαλαμίνας.  

Όταν ο περσικός στόλος κινήθηκε εναντίον του ελληνικού, τα ελληνικά πλοία κινήθηκαν ανάποδα, κωπηλατώντας συντεταγμένα μέχρι την ακτή της Σαλαμίνας.  

Σύμφωνα με τον Πλούταρχο, αυτός ο ελιγμός αποτελούσε μέρος του στρατηγικού σχεδίου του Θεμιστοκλή και αποσκοπούσε στο να παρασύρει τους Πέρσες βαθύτερα μέσα στο στενό και να καθυστερήσει τη σύγκρουση, περιμένοντας την αλλαγή του ανέμου. Πράγματι, μετά τις 10:00 ο άνεμος στράφηκε σε νοτιοδυτικό (θαλάσσια αύρα) και μόνο τότε ξεκίνησε η ελληνική αντεπίθεση. 

Fleet of triremes based on the full-sized replica Olympias.

Η θαλάσσια αύρα, σε συνδυασμό με τη στενότητα του διαύλου, αποδιοργάνωσε τον περσικό στόλο. Τα ψηλότερα περσικά πλοία ήταν πιο δύσκολο να κυβερνηθούν, καθώς στρέφονταν πλάγια από τον άνεμο και το κύμα, και έτσι έγιναν εύκολος στόχος για τα έμβολα των ελληνικών τριήρεων. Επιπλέον, η ισχυρή νοτιοανατολική αύρα δεν επέτρεψε στους Πέρσες να ανοίξουν πανιά για να υποχωρήσουν γρήγορα προς τον ανοιχτό Σαρωνικό Κόλπο και να μεταφέρουν εκεί τη σύγκρουση.  

Τελικά, ένα μεγάλο μέρος του περσικού στόλου χάθηκε, ενώ τα υπόλοιπα πλοία διέφυγαν προς τον Κόλπο του Φαλήρου κατά τις απογευματινές ώρες, όταν οι άνεμοι ολοκλήρωσαν τον καθημερινό κύκλο τους και γύρισαν ξανά σε βορειοδυτικούς.   Σύμφωνα με τον Ηρόδοτο, ο δυτικός άνεμος «Ζέφυρος» μετέφερε τα συντρίμμια του περσικού στόλου μέχρι την περιοχή του σημερινού Αγίου Κοσμά, σηματοδοτώντας το τέλος της περσικής παρουσίας στη Μεσόγειο.  

Η ερευνητική ομάδα περιελάμβανε, εκτός του κ. Ζερεφού, τους ερευνητές της Ακαδημίας Αθηνών Σταύρο Σολωμό, Ιωάννη Καψωμενάκη και Χρήστο Ρεπαπή, καθώς επίσης τον καθηγητή του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Δημήτρη Μελά.  

Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από το Μαριολοπούλειο - Καναγκίνειο Ίδρυμα Επιστημών Περιβάλλοντος.

Πηγές: https://www.mdpi.com/2073-4433/11/8/838 - https://www.amna.gr/en/article/489467/ - https://www.lifo.gr/now/tech_science/296667/ereyna-o-rolos-poy-epaikse-to-klima-sti-naymaxia-tis-salaminas

 

 

 

  

 

   

 

O πρώτος γιγάντιος εξωπλανήτης γύρω από λευκό νάνο. A giant planet candidate transiting a white dwarf

Μία διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε βάσιμες ενδείξεις για την ύπαρξη ενός άθικτου γιγάντιου εξωπλανήτη γύρω από ένα λευκό νάνο, κάτι που συμβαίνει για πρώτη φορά, όσον αφορά τη συγκεκριμένη κατηγορία άστρων. Using NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) and several ground-based telescopes, astronomers have discovered a Jupiter-sized planet orbiting a nearby white dwarf star called WD 1856+534. An artist’s impression of the potential Jupiter-size planet WD 1856+534b and its much smaller host star, a dim white dwarf. Image credit: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Ο πλανήτης με την ονομασία WD 1856b, που έχει θερμοκρασία έως 17 βαθμών Κελσίου (περίπου η μέση θερμοκρασία στη Γη), εκτιμάται ότι έχει μέγεθος μεγαλύτερο ακόμη και από τον Δία, τον μεγαλύτερο πλανήτη του δικού μας ηλιακού συστήματος, ενώ ευρίσκεται σε απόσταση 80 ετών φωτός από τη Γη, στο βόρειο αστερισμό του Δράκοντα. Η ιδιομορφία είναι ότι το γέρικο μητρικό άστρο του, ένας λευκός νάνος ηλικίας σχεδόν έξι δισεκατομμυρίων ετών, δεν είναι μεγαλύτερο από τη Γη, αν και διαθέτει συμπυκνωμένη τη μισή μάζα του Ήλιου. Συνεπώς ο πλανήτης -πιθανότατα αέριος όπως ο Δίας- είναι πολύ μεγαλύτερος από το ίδιο το άστρο του, κάτι ιδιαίτερα ασυνήθιστο.

Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον επίκουρο καθηγητή Άντριου Βάντερμπουργκ του Πανεπιστημίου του Ουισκόνσιν-Μάντισον, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», πραγματοποίησαν την ανακάλυψη με τη βοήθεια του αμερικανικού διαστημικού τηλεσκοπίου TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) της NASA και δύο επίγειων τηλεσκοπίων στα Κανάρια Νησιά.

Ένας λευκός νάνος είναι ο μεγάλης πυκνότητας πυρήνας ενός άστρου σαν τον Ήλιο, που έχει απομείνει μετά τη βαρυτική κατάρρευση του άστρου και τη διαρροή της ατμόσφαιρας του στο διάστημα. Οι περισσότεροι εξωπλανήτες που έχουν βρεθεί μέχρι σήμερα, κινούνται πέριξ άστρων που κάποια στιγμή θα μετατραπούν σε λευκούς νάνους. Αφού καταναλώσουν τα αποθέματα του υδρογόνου τους, θα διογκωθούν σε ερυθρούς γίγαντες, «καταπίνοντας» τους γύρω πλανήτες τους (αυτή αναμένεται να είναι και η τύχη της Γης μετά από περίπου πέντε δισεκατομμύρια χρόνια), ώσπου σε επόμενο στάδιο τελικά να σμικρύνουν σε λευκούς νάνους.

A planet orbiting a small star produces strong atmospheric signals when it passes in front, or “transits,” its host star, as pictured above. White dwarfs offer astronomers a rare opportunity to characterize rocky planets. (Image: Jack Madden/Carl Sagan Institute)

Από την όλη διαδικασία, είναι απίθανο να επιζήσει κάποιος πλανήτης γύρω από ένα λευκό νάνο. Έως τώρα δεν είχε βρεθεί κανένας που να μην είναι απλώς συντρίμμια σε τροχιά γύρω από το απομεινάρι του μητρικού άστρου του. Τώρα όμως φαίνεται πως ανακαλύφθηκε ο πρώτος άθικτος εξωπλανήτης κινούμενος πολύ κοντά γύρω από ένα λευκό νάνο, διαγράφοντας μια πλήρη τροχιά κάθε 34 ώρες (η πολύ σύντομη διάρκεια του έτους του).

Παραμένει ασαφές πώς ο εξωπλανήτης κατάφερε να επιβιώσει από την κατακλυσμική δημιουργία ενός λευκού νάνου και μάλιστα να βρεθεί τόσο κοντά στο άστρο του (20 φορές πιο κοντά από ό,τι ο Ερμής στον Ήλιο). Πιθανώς βρέθηκε σε αυτή τη θέση λόγω βαρυτικών αλληλεπιδράσεων με άλλους -άγνωστους μέχρι στιγμής- εξωπλανήτες του ίδιου συστήματος.

«Επιβεβαιώσαμε ότι οι λευκοί νάνοι μπορούν να έχουν πλανήτες, κάτι που πριν δεν το ξέραμε. Μερικοί τέτοιοι πλανήτες μπορεί να είναι φιλόξενοι για ζωή. Στο μέλλον ίσως βρούμε ακόμη μικρότερους πλανήτες γύρω από λευκούς νάνους», δήλωσε ο επίκουρος καθηγητής αστρονομίας Ίαν Κρόσφιλντ του Πανεπιστημίου του Κάνσας.

Πηγές: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2713-y - https://news.utexas.edu/2020/09/16/planet-hugging-a-white-dwarf-may-be-a-survivor-of-stars-death-throes/ - ΑΠΕ-ΜΠΕ

 

 

Τελικά, υπάρχει ζωή στην Αφροδίτη; Hints of life on Venus

Είναι όντως πιθανό να υπάρχει ζωή στην καυτή κόλαση που αποτελεί αυτός ο πλανήτης; Οι επιστήμονες ανακάλυψαν μεγάλη ποσότητα αερίου φωσφανίου στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, το οποίο στη Γη παράγεται από μικροοργανισμούς και βιομηχανικές δραστηριότητες. Η είδηση για ίχνη έμβιων οργανισμών στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης έχει τραβήξει την προσοχή ολόκληρου του πλανήτη. Artist's impression of Venus, with an inset showing a representation of the phosphine molecules detected in the high cloud decks. Credit: ESO / M. Kornmesser / L. Calçada & NASA / JPL / Caltech

Η αστρονόμος Τζέιν Γκριβς του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ, ήταν μόνη στο γραφείο της όταν είδε το σήμα: ένα ίχνος του μορίου της φωσφίνης, μεταξύ των δεδομένων που είχε λάβει από την ατμόσφαιρα της Αφροδίτης το 2017.

Το φωσφάνιο ή φωσφίνη (phosphine) είναι μια ανόργανη χημική ένωση που περιέχει ένα άτομο φωσφόρου και τρία άτομα υδρογόνου, με μοριακό τύπο PH₃. Η φωσφίνη αποτελεί συστατικό της ατμόσφαιρας της Γης και μπορεί να παραχθεί από τη ζωή – είτε ανθρώπινη είτε μικροβιακή. Πρόκειται για ένα δυσώδες αέριο που δημιουργούν οι βιομηχανικές δραστηριότητες ή ορισμένα είδη αναερόβιων βακτηρίων, τα οποία βρίσκονται σε περιβάλλοντα με λίγο οξυγόνο, όπως ζωϊκά έντερα και έλη. Κατά τη διάρκεια του 1ου  Παγκοσμίου Πολέμου χρησιμοποιήθηκε ως χημικό όπλο.

Το γεγονός την σόκαρε. Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι η φωσφίνη, ενδέχεται να αποτελεί χρήσιμο βιοαποτύπωμα. Ένα σημάδι ότι ίσως υπάρχει ζωή στον πλανήτη στον οποίο εντοπίζεται.

«Δεν ήταν κανείς εκεί για να του το πω», λέει η ίδια στο Wired. Φοβούμενη ότι ο ενθουσιασμός της θα την παρασύρει σε λάθος συμπεράσματα, προσπάθησε να αποσπάσει τη σκέψη της από το ζήτημα. «Έπρεπε να προσπαθήσω να μην τρακάρω», θυμάται η ίδια, μιλώντας για το απόγευμα του 2018 όταν έκανε την πρώτη ανακάλυψη.

Τα επόμενα χρόνια ήταν γεμάτα ελέγχους που θα διασφάλιζαν ότι έχει αναλύσει σωστά τα δεδομένα της. Το σήμα, που έμοιαζε πάρα πολύ με φωσφίνη, επέμενε. Πριν μερικές μέρες, μετά από πολλούς ακόμη μήνες συλλογής και ανάλυσης δεδομένων, η ίδια και μια ομάδα συναδέλφων της έκαναν την επίσημη ανακοίνωση: Όχι μόνο υπάρχει φωσφίνη στην Αφροδίτη, αλλά δεν έχει βρεθεί και κάποια εξήγηση για το πώς βρέθηκε ως εκεί – με την εξαίρεση του ενδεχομένου της ύπαρξης ζωής.

Τι σημαίνει η ανακάλυψη

Dark higher-altitude clouds obscure the brighter mid-altitude clouds in this image of Venus taken by an infrared camera on board Japan's Akatsuki Venus Climate Orbiter. Phospine gas detected in the temperate mid-altitude clouds is teasing scientists with a possible signature for life. FALSE COLOR PHOTO BY JAXA / ISAS / DARTS / DAMIA BOUIC

Αυτό δεν σημαίνει ότι είναι βέβαιο πως υπάρχουν έμβιοι οργανισμοί στον πλανήτη. Ορισμένες μη βιολογικές διαδικασίες, άγνωστες στη γη, θα μπορούσαν να είναι η αιτία δημιουργίας του μορίου. Ωστόσο, και παρά το γεγονός ότι μένει ακόμη πολλή ερευνητική δουλειά για να απορρίψει άλλες πιθανές αιτίες, δεν είναι απίθανο να βρισκόμαστε για πρώτη φορά μπροστά στην ανακάλυψη εξωγήινης ζωής.

Φυσικά, η Αφροδίτη δεν ακούγεται ευχάριστο περιβάλλον για να ζει κανείς. Η θερμοκρασία στην επιφάνειά της ξεπερνά τους 400 βαθμούς Κελσίου, ενώ η πίεση που δέχεται κανείς είναι αντίστοιχη με αυτή που συναντάται 900 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Οι συνθήκες είναι τόσο εχθρικές, ώστε να… λιώσουν ένα διαστημόπλοιο που είχε αποσταλεί στον καυτό πλανήτη μέσα σε λίγες μόλις ώρες.

Τι είδους ζωή θα μπορούσε να υπάρχει στον καυτό πλανήτη;

Η Αφροδίτη είναι ο κοντινότερος γείτονας της Γης. Έχει παρόμοια δομή αλλά είναι ελαφρώς μικρότερη από τη Γη. Καλύπτεται από μια πυκνή, τοξική ατμόσφαιρα που παγιδεύει τη θερμότητα. Για τον λόγο αυτό η θερμοκρασία στην επιφάνειά της φτάνει τους 471 βαθμούς Κελσίου, είναι δηλαδή τόσο υψηλή που λιώνει ο μόλυβδος. Synthesized false colour image of Venus, using 283-nm and 365-nm band images taken by the Venus Ultraviolet Imager (UVI). Credit: JAXA / ISAS / Akatsuki Project Team

Όμως οι επιστήμονες υπέθεταν ότι η Αφροδίτη μπορεί να έχει τη δική της, παράξενη ζωή, εδώ και δεκαετίες. Εν μέρει γιατί ο πλανήτης μοιάζει να έχει γνωρίσει καλύτερες μέρες: Δεν αποκλείεται κάποτε να είχε ακόμη και δικό του ωκεανό. Τότε, υποθέτουν, θα μπορούσε να είχε γεννηθεί ζωή, η οποία να εξελίχθηκε κατά τέτοιο τρόπο ώστε να ξεφύγει από την κυριολεκτική κόλαση στην οποία μετατράπηκε ο πλανήτης. Μόνη σωτηρία, τα σύννεφα, 48 χιλιόμετρα πάνω από το έδαφός της, όπου η πίεση μειώνεται και η θερμοκρασία κυμαίνεται περίπου στους 26 βαθμούς Κελσίου.

Ο Καρλ Σάγκαν είχε γράψει στο Nature: «Από καμία άποψη δεν είναι δύσκολο να φανταστούμε γηγενή ζωή στα σύννεφα της Αφροδίτης». Στη συνέχεια φαντάστηκε μια εκδοχή αυτής της ζωής: ένα ον που μοιάζει και λειτουργεί ως «επιπλέουσα φούσκα». Ένα είδος σακιού, γεμάτο με υδρογόνο, που κινείται μέσα στα σύννεφα συλλέγοντας νερό και μέταλλα.

Ένα ενδιαφέρον σήμα

Spectra of Venus obtained with ALMA. Left panel shows the PH3 1-0 spectrum of the whole planet, with 1σ errors (here channel-to-channel) of 0.11 10-4 per 1.1 km/s spectral bin. Right panel shows spectra of the polar (histogram in black), mid-latitude (in blue) and equatorial (in red) zones, as defined in Table 1. Spectra have been offset vertically for clarity, and the polar spectrum was binned in velocity to obtain a deeper upper limit. Line wings are forced towards zero outside |v| = 5 km/s in these spectra, and only this range was used in characterization (Table 1; Methods: ALMA data reduction).

Αυτή η ιδέα μάγευε και την Γκριβς. Είχε ακούσει ότι η φωσφίνη ήταν ένδειξη ζωής στη γη, και κυρίως αναερόβιας ζωής, που δεν χρειάζεται οξυγόνο. Ίσως, σκέφτηκε, να μπορούσε να ελέγξει για την ύπαρξή του στο γειτονικό πλανήτη, χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Κλερκ Μάξγουελ. Θα συνέλεγε το φως της Αφροδίτης και θα αναζητούσε μια χαρακτηριστική πτώση του φάσματός του: μια απουσία φωτός γύρω από μια συγκεκριμένη συχνότητα, που δείχνει ότι μόρια φωσφίνης έχουν απορροφήσει ορισμένα φωτόνια καθώς κινούνται μέσα στην ατμόσφαιρα.

Δεν περίμενε να το εντοπίσει. Όμως ξαφνικά το είδε: Μια ίσια γραμμή, που ακολουθούνταν από μια απότομη πτώση σε σχήμα V και μια ακόμη ίσια γραμμή.

Με τη βοήθεια ενός συναδέλφου της, δημιούργησαν ατμοσφαιρικές προσομοιώσεις για να κατανοήσουν τα δεδομένα. Στη συνέχεια, ζήτησαν τη βοήθεια της Κλάρα Σούσα-Σίλβα, ερευνήτριας στο ΜΙΤ, η οποία είναι, όπως τονίζει η Γκριβς, η κορυφαία ειδικός επί της φωσφίνης, και εκείνη που συνέβαλε στην καθιέρωση του μορίου της ως βιοαποτύπωμα.

Η Δρ. Φωσφίνη

Scientists at MIT, Cardiff University, and elsewhere have observed what may be signs of life in the clouds of Earth's planetary neighbor, Venus.

Η φωσφίνη είναι, από πολλές απόψεις, το μόριο της Σούσα-Σίλβα. Όταν ξεκίνησε το διδακτορικό της στο UCL, δουλειά της ήταν να προσομοιώσει το φάσμα των μορίων της, τις «υπογραφές» τους στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Οι επιστήμονες μερικές φορές αναφέρονται σε αυτό ως «δακτυλικό αποτύπωμα» των μορίων.

Τέτοιου είδους φάσματα είναι πολύ χρήσιμα όταν οι αστρονόμοι δημιουργούν μοντέλα για ενδιαφέροντα άστρα, καφέ νάνους ή εξωπλανήτες.

Σύμφωνα με το CDC, το αέριο φωσφίνη «έχει την οσμή σκόρδου ή ψαριού σε αποσύνθεση». Το πιο σημαντικό; Μπορεί να αποδειχθεί φονική.

Πού εντοπίζεται η φωσφίνη;

Το αέριο βρίσκεται σε παράνομα εργαστήρια συνθετικών ναρκωτικών, σε βάλτους, εντόσθια ζώων (και ανθρώπων) και σε ορισμένα εντομοκτόνα. Στα γήινα βιολογικά συστήματα, όπως εξηγεί η Σούσα-Σίλβα μιλώντας στο Wired, έχει εντοπιστεί αποκλειστικά κοντά σε αναερόβια ζωή. Τη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες ανακάλυψαν την παρουσία του γύρω από τον Δία και τον Κρόνο, βαθιά μέσα στις ατμόσφαιρές τους, όπου οι θερμοκρασίες είναι υψηλές και υπάρχει υψηλή πίεση υδρογόνου – στοιχεία που δείχνουν ότι η φωσφίνη δεν οφείλεται σε βιολογικούς παράγοντες. Όμως αυτές οι ακραίες συνθήκες δεν υφίστανται σε χερσαίους πλανήτες όπως η Γη ή η Αφροδίτη.

Γιατί αποτελεί βιοαποτύπωμα

Signs of phosphine first showed up in data taken with the James Clerk Maxwell Telescope in Hawaii. WILL MONTGOMERIE/JCMT/EAO

Από τη στιγμή που ανακάλυψε το «δακτυλικό αποτύπωμα» της φωσφίνης, η Σούσα-Σίλβα ανέπτυξε και τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να την εντοπίσει κανείς στην επιφάνεια ενός πλανήτη. Έπειτα, στράφηκε στην καθιέρωσή του ως βιοαποτύπωμα.

«Καθιερώσαμε ένα τρίπτυχο: Η ζωή θα πρέπει να το παράγει σε πληθώρα. Θα πρέπει να επιβιώνει σε ανιχνεύσιμες ποσότητες στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη και να είναι ευδιάκριτο από άλλα μόρια. Και δεν θα πρέπει να μπερδεύει τους επιστήμονες επειδή τείνει να εμφανίζεται εξαιτίας μη βιολογικών αιτιών που είναι δύσκολο να εντοπιστούν», εξηγεί η ίδια για τη μέθοδό τους.

Και πράγματι, η φωσφίνη πληρούσε αυτά τα κριτήρια. Στη Γη εμφανιζόταν μόνο κοντά σε έμβια όντα. Η δουλειά του συναδέλφου της, Γουίλιαμ Μπέινς, έδειξε ότι οι πλανητικές διαδικασίες, σε χερσαίους πλανήτες και όχι αέριους γίγαντες, δεν μπορούν να παράγουν μεγάλες ποσότητες του αερίου, ακόμη και σε εκείνους που διακρίνονται από ακραίες συνθήκες.

Οι προσομοιώσεις που δημιούργησαν απέδειξαν ότι το μόριο θα μπορούσε να παρατηρηθεί με τηλεσκόπιο σε πλανήτες χωρίς οξυγόνο.

A composite image of Venus as seen by JAXA’s Akatsuki spacecraft. Image credit: Institute of Space and Astronautical Science / Japan Aerospace Exploration Agency.

Από τη στιγμή που η Γκριβς εντόπισε μόρια φωσφίνης στην επιφάνεια της Αφροδίτης, οι δύο γυναίκες ξεκίνησαν να εργάζονται αδιάκοπα για να αποκλείσουν το ενδεχόμενο η παρουσία της να οφείλεται σε άλλους παράγοντες – αλλά και να βεβαιωθούν ότι το σήμα υπάρχει πραγματικά και δεν πρόκειται για λάθος στις μετρήσεις.

Όμως το σήμα έμοιαζε ακριβές, και καμία άλλη διαδικασία δεν μπορούσε να παράγει τις ποσότητες φωσφίνης που εντόπισαν. Το μόνο πράγμα που έμενε να εξηγεί την παρουσία της, ήταν η ύπαρξη ζωής.

Ωστόσο, δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι σε πολλές περιπτώσεις, οι επιστήμονες πίστεψαν ότι εντόπισαν σημάδια ζωής στον Άρη – μόνο και μόνο για να διαψευστούν.

Όπως είχε δηλώσει κάποτε ο Καρλ Σάγκαν, «οι απίστευτοι ισχυρισμοί απαιτούν και απίστευτες αποδείξεις».

Στην περίπτωση της Αφροδίτης, του πλανήτη με το εχθρικό περιβάλλον που δεν επιτρέπει σε διαστημόπλοια να το προσεγγίσουν, είναι πιθανό να επικρατούν συνθήκες που δεν μοιάζουν με εκείνες της Γης, και τις οποίες οι επιστήμονες δεν μπορούν να λάβουν υπόψη τους στα μοντέλα τους. Αυτές οι συνθήκες θα μπορούσαν να παράγουν τη φωσφίνη.

Για τα επόμενα χρόνια, το πιθανότερο είναι πως δεν θα έχουμε σίγουρες απαντήσεις. Η λύση θα μπορούσε να προκύψει είτε μέσω της αποστολής διαστημόπλοιου, είτε μέσα από περαιτέρω έρευνα και αναλύσεις για άλλα μόρια που σχετίζονται με την ύπαρξη ζωής.

Όπως και να έχει, το ενδεχόμενο παραμένει ανοιχτό: Ίσως η εξωγήινη ζωή δεν κρύβεται σε έναν πλανήτη που μοιάζει με τη Γη, αλλά σε μια καυτή κόλαση, γεμάτη τοξικά αέρια.

Πηγές:  Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W. et al. Phosphine gas in the cloud decks of Venus. Nat Astron (2020). doi.org/10.1038/s41550-020-1174-4 - https://phys.org/news/2020-09-hints-life-venus-scientists-phosphine.html - https://www.tovima.gr/2020/09/15/science/telika-yparxei-zoi-stin-afroditi/

 

 

Η σκοτεινή ύλη γίνεται ακόμα πιο μυστηριώδης. Hubble Observations Suggest a Missing Ingredient in Dark Matter Theories

Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι κάτι λείπει στην καθιερωμένη κοσμική συνταγή για το πώς συμπεριφέρεται η σκοτεινή ύλη. Ανακάλυψαν μια ασυμφωνία μεταξύ των θεωρητικών μοντέλων για το πως κατανέμεται η σκοτεινή ύλη στα σμήνη γαλαξιών και των παρατηρησιακών δεδομένων που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της κατανομής της. Φωτογραφία του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble που δείχνει το τεράστιο σμήνος γαλαξιών MACS J1206. This Hubble Space Telescope image shows the massive galaxy cluster MACS J1206. Embedded within the cluster are the distorted images of distant background galaxies, seen as arcs and smeared features. These distortions are caused by the amount of dark matter in the cluster, whose gravity bends and magnifies the light from faraway galaxies. This effect, called gravitational lensing, allows astronomers to study remote galaxies that would otherwise be too faint to see. Several of the cluster galaxies are sufficiently massive and dense to also distort and magnify faraway sources. The galaxies in the three pullouts represent examples of such effects. In the snapshots at upper right and bottom, two distant, blue galaxies are lensed by the foreground, redder cluster galaxies, forming rings and multiple images of the remote objects. The red blobs around the galaxy at upper left denote emission from clouds of hydrogen in a single distant source. The source, seen four times because of lensing, may be a faint galaxy. These blobs were detected by the Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) at the European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) in Chile. The blobs do not appear in the Hubble images. MACS J1206 is part of the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH) and is one of three galaxy clusters the researchers studied with Hubble and the VLT. The Hubble image is a combination of visible- and infrared-light observations taken in 2011 by the Advanced Camera for Surveys and Wide Field Camera 3. Credits: NASA, ESA, P. Natarajan (Yale University), G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), the CLASH-VLT/Zooming teams; acknowledgment: NASA, ESA, M. Postman (STScI), the CLASH team

Η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει, ούτε απορροφά φως. Γι αυτό η παρουσία της είναι γνωστή μόνο διαμέσου των βαρυτικών αλληλεπιδράσεών της με την ορατή ύλη. Ένας τρόπος εντοπισμού της σκοτεινής ύλης είναι το φαινόμενο του βαρυτικού φακού.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης μικρής κλίμακας στα σμήνη γαλαξιών παράγουν βαρυτικά φαινόμενα που είναι 10 φορές ισχυρότερα από τα αναμενόμενα. Αυτές οι διαπιστώσεις βασίζονται σε λεπτομερέστατες παρατηρήσεις διαφόρων γαλαξιακών σμηνών που έγιναν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA και το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στη Χιλή.

Τα σμήνη γαλαξιών, οι μεγαλύτερες δομές στο σύμπαν αποτελούμενες από πολλούς μεμονωμένους γαλαξίες, είναι οι μεγαλύτερες «αποθήκες» σκοτεινής ύλης. Όχι μόνο συγκρατούνται μεταξύ τους εξαιτίας της βαρύτητας της σκοτεινής ύλης που κατανέμεται σε όλη την έκταση του σμήνους, αλλά και την σκοτεινή ύλη που περιέχουν οι μεμονωμένοι γαλαξίες των σμηνών. Επομένως, η σκοτεινή ύλη κατανέμεται σε μεγάλες και μικρές κλίμακες.

Η χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης στα σμήνη γαλαξιών γίνεται χρησιμοποιώντας την κάμψη του φωτός εξαιτίας του φαινομένου βαρυτικού φακού που η ίδια δημιουργεί. Η βαρύτητα της σκοτεινής ύλης μεγεθύνει και στρεβλώνει το φως που προέρχεται από μακρινά αντικείμενα του υποβάθρου, όπως ένας γυάλινος φακός. Μετρώντας τις παραμορφώσεις που οφείλονται στο φαινόμενο βαρυτικού φακού οι αστρονόμοι προσδιορίζουν την ποσότητα και την κατανομή της σκοτεινής που παρεμβάλλεται.

Astronomers seem to have revealed a puzzling detail in the way dark matter behaves. They found small, dense concentrations of dark matter that bend and magnify light much more strongly than expected. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Τα σμήνη των γαλαξιών είναι ιδανικά εργαστήρια για να κατανοήσουμε μέσω προσομοιώσεων σε υπολογιστές την συμπεριφορά και τις αλληλεπιδράσεις της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης. Πραγματοποιώντας τέτοιες προσομοιώσεις ο ερευνητές βρήκαν αναντιστοιχίες με τα παρατηρησιακά δεδομένα. Η προέλευση αυτής της ασυμφωνίας μπορεί να οφείλεται στο ότι κάτι λείπει από την φυσική στην οποία βασίστηκε η προσομοίωση. Ίσως, για παράδειγμα, η ιδέα ότι η βαρύτητα είναι η μόνη δύναμη που «αισθάνεται» η σκοτεινή ύλη να είναι λανθασμένη…

Πηγές: https://science.sciencemag.org/content/369/6509/1347 - https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-observations-suggest-a-missing-ingredient-in-dark-matter-theories - https://physicsgg.me/2020/09/11/

 

Ηλεκτρονικό δέρμα που αντιδρά στον πόνο σαν το ανθρώπινο. Electronic skin reacts to pain like a human

Ένα ηλεκτρονικό, τεχνητό δέρμα το οποίο αντιδρά σε ερεθίσματα πόνου όπως το πραγματικό, ανέπτυξαν ερευνητές του RMIT University- ανοίγοντας πιθανώς τον δρόμο για καλύτερα προσθετικά, πιο «έξυπνα» ρομπότ και μη επεμβατικές εναλλακτικές σε μοσχεύματα δέρματος. Researchers have developed electronic artificial skin that reacts to pain just like real skin, opening the way to better prosthetics, smarter robotics and non-invasive alternatives to skin grafts. The skin-like sensing prototype device, made with stretchable electronics. Credit: RMIT University

Το πρωτότυπο αυτό μπορεί να αναπαράγει ηλεκτρονικά τον τρόπο με τον οποίο το ανθρώπινο δέρμα αντιλαμβάνεται τον πόνο, μιμούμενο την άμεση αντίδραση του δέρματος και ανταποκρινόμενο σε οδυνηρές αισθήσεις με την ταχύτητα που έχουν τα σήματα των νεύρων που πηγαίνουν στον εγκέφαλο. Ο επικεφαλής ερευνητής, Μαντχού Μπασκαράν, είπε ότι το πρωτότυπο αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση των βιοϊατρικών τεχνολογιών νέας γενιάς και της «έξυπνης» ρομποτικής.

«Το δέρμα είναι το μεγαλύτερο αισθητήριο όργανο του σώματός μας, με πολύπλοκα χαρακτηριστικά σχεδιασμένα να στέλνουν άμεσα σήματα όταν κάτι πονάει» είπε ο Μπασκαράν. «Νιώθουμε συνέχεια πράγματα μέσω του δέρματος, αλλά η αντίδραση πόνου μας ενεργοποιείται μόνο σε συγκεκριμένο σημείο, όταν αγγίζουμε κάτι πολύ θερμό ή πολύ αιχμητό. Καμία ηλεκτρονική τεχνολογία δεν ήταν σε θέση να μιμηθεί ρεαλιστικά αυτή την πολύ ανθρώπινη αίσθηση πόνου- ως τώρα. Το τεχνητό μας δέρμα αντιδρά άμεσα όταν πίεση, θερμότητα ή κρύο φτάνουν σε ένα οδυνηρό όριο. Είναι ένα κρίσιμο βήμα προς τα εμπρός στη μελλοντική ανάπτυξη εξελιγμένων συστημάτων feedback που χρειαζόμαστε για να φτιάξουμε αληθινά έξυπνα προσθετικά και έξυπνα ρομπότ».

Πέρα από το πρωτότυπο αυτό, οι ερευνητές έχουν επίσης αναπτύξει συσκευές από εύκαμπτα ηλεκτρονικά που μπορούν να αισθάνονται και να ανταποκρίνονται σε αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση. Ο Μπασκαράν, ένας εκ των επικεφαλής της ομάδας Functional Materials and Microsystems στο RMIT, είπε πως τρία λειτουργικά πρωτότυπα σχεδιάστηκαν για να παρέχουν βασικά χαρακτηριστικά των δυνατοτήτων αίσθησης του δέρματος σε ηλεκτρονική μορφή.

Με περαιτέρω ανάπτυξη, το εύκαμπτο τεχνητό δέρμα θα μπορούσε επίσης να αποτελέσει μελλοντική επιλογή για μη επεμβατικά μοσχεύματα, όπου η παραδοσιακή προσέγγιση είτε δεν είναι βιώσιμη είτε δεν λειτουργεί.

The research combines three technologies pioneered by the RMIT team. Credit: RMIT University

Στο πλαίσιο της νέας αυτής έρευνας χρησιμοποιούνται τρεις τεχνολογίες: Εύκαμπτα ηλεκτρονικά, επικαλύψεις που αντιδρούν στη θερμοκρασία και μνήμη που προσομοιώνει αυτήν του εγκεφάλου για τη διαχείριση και διατήρηση παλαιότερων πληροφοριών. Ειδικότερα, το πρωτότυπο αισθητήρα πίεσης συνδυάζει εύκαμπτα ηλεκτρονικά και κύτταρα μακροπρόθεσμης μνήμης, ο θερμικός αισθητήρας συνδυάζει τις δυνατότητες των επικαλύψεων και της μνήμης, ενώ ο αισθητήρας πόνου συνδυάζει και τις τρεις τεχνολογίες.

Όπως είπε ο διδακτορικός Αταούρ Ραχμάν, τα κύτταρα μνήμης στο κάθε πρωτότυπο ήταν υπεύθυνα για την πρόκληση αντίδρασης όταν η πίεση, η θερμότητα ή ο πόνος έφταναν σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο. «Στην ουσία δημιουργήσαμε τους πρώτους ηλεκτρονικούς σωματοαισθητήρες- αναπαράγοντας τα χαρακτηριστικά- κλειδιά του πολύπλοκου συστήματος νευρώνων, νευρικών οδών και υποδοχέων που καθοδηγούν την αντίληψη ερεθισμάτων μας» είπε. «Αν και κάποιες υπάρχουσες τεχνολογίες έχουν χρησιμοποιήσει ηλεκτρικά σήματα για να μιμηθούν διαφορετικά επίπεδα πόνου, αυτές οι νέες συσκευές μπορούν να αντιδράσουν σε πραγματική μηχανική πίεση, θερμοκρασία και πόνο, και να παρέχουν τη σωστή ηλεκτρονική αντίδραση. Σημαίνει πως το τεχνητό μας δέρμα γνωρίζει τη διαφορά μεταξύ του απαλού αγγίγματος μιας βελόνας με το δάκτυλο ή ενός κατά λάθος τσιμπήματος με αυτήν- μια κρίσιμη διάκριση που δεν είχε ποτέ ξανά επιτευχθεί ηλεκτρονικά».

Πηγές: ‘Artificial Somatosensors: Feedback receptors for electronic skins’ - https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2020/sep/electronic-skin - https://www.naftemporiki.gr/story/1634103/ilektroniko-derma-pou-antidra-ston-pono-san-to-anthropino