Τεχνητό μάτι με δυνατότητες που ξεπερνούν αυτές του ανθρώπινου. World-first 3D bionic eye could enable superhuman sight, night vision

To πρώτο στον κόσμο 3D τεχνητό μάτι με δυνατότητες ανώτερες από αυτές των υπαρχόντων βιονικών ματιών και, σε κάποιες περιπτώσεις, ακόμα και των ανθρώπινων, ανέπτυξε διεθνής ομάδα επιστημόνων στο Hong Kong University of Technology (HKUST), δημιουργώντας νέες ελπίδες για τους ασθενείς με προβλήματα όρασης. Scientists have developed the world's first 3D artificial eye with capabilities better than existing bionic eyes and in some cases, even exceed those of the human eyes, bringing vision to humanoid robots and new hope to patients with visual impairment. A new bionic eye called the Electrochemical Eye (EC-Eye) resembles the real thing. Credit: Hong Kong University of Science and Technology (HKUST)

Διεθνής ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής ερευνητές του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του Χονγκ Κονγκ (HKUST) ανέπτυξε το πρώτο τρισδιάστατο τεχνητό μάτι στον κόσμο. Ο τεχνητός αυτός οφθαλμός υπερέχει όλων των υπαρχόντων βιονικών ματιών ενώ σε κάποιες περιπτώσεις ξεπερνά σε δυνατότητες ακόμη και το ανθρώπινο μάτι. Το νέο επίτευγμα υπόσχεται να προσφέρει «υπεράνθρωπη» όραση ακόμη και τη νύχτα, να χαρίσει όραση στα ανθρωποειδή ρομπότ ενώ επίσης δίνει ελπίδα σε ασθενείς με προβλήματα όρασης.

Επί δεκαετίες οι επιστήμονες προσπαθούν να αντιγράψουν τη δομή και την ευκρίνεια του ανθρώπινου οφθαλμού. Ωστόσο η όραση που παρέχουν οι υπάρχοντες τεχνητοί οφθαλμοί – οι οποίοι στην πλειονότητά τους έχουν τη μορφή γυαλιών συνδεδεμένων με εξωτερικά καλώδια – είναι χαμηλής ανάλυσης με δισδιάστατους επίπεδους αισθητήρες των εικόνων.

Το Ηλεκτροχημικό Μάτι

Named EC-EYE — short for 'ElectroChemical EYE' — the eerie bio-mimetic device is around an inch wide and was built by researchers from Hong Kong and the US. Credit: Hong Kong University of Science and Technology (HKUST)

Το νέο τεχνητό μάτι που αναπτύχθηκε από τους ειδικούς του HKUST και τους συνεργάτες τους ονομάζεται Ηλεκτροχημικό Μάτι (Electrochemical Eye, EC-Eye) και αντιγράφει για πρώτη φορά με κάθε λεπτομέρεια τη δομή ενός φυσικού ματιού. Εκτιμάται ότι θα μπορεί να προσφέρει στο μέλλον οξύτερη όραση από τα ανθρώπινα μάτια με επιπλέον δυνατότητες, όπως η ικανότητα ανίχνευσης της υπέρυθρης ακτινοβολίας στο σκοτάδι.

Professor Fan and colleagues broke new ground by developing a high-density array of photosensors that serves as a retina. They are formed directly inside pores of aluminium oxide — a chemical almost as hard as diamonds. Thin, flexible wires made of a liquid metal sealed in soft rubber tubes transmit signals to external circuitry for processing — imitating neural nerve fibres. The 'retina' is held in place by a socket made from a silicone polymer. A lens with a simulated iris is placed at the front, giving it the appearance of an eyeball.

Το στοιχείο-«κλειδί» που χαρίζει στο ΕC-Eye τέτοιες δυνατότητες είναι ο 3D αμφιβληστροειδής χιτώνας που διαθέτει ο οποίος είναι φτιαγμένος από μια συστοιχία φωτοαισθητήρων φτιαγμένων από νανοκαλώδια που μιμούνται τους φωτοϋποδοχείς του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς. Ο τρισδιάστατος αυτός αμφιβληστροειδής αναπτύχθηκε από τον καθηγητή Ζιγιόνγκ Φαν και τον δρα Λέιλέι Γκου του Τμήματος Ηλεκτρονικής Μηχανικής και Μηχανικών Υπολογιστών στο HKUST.

A cross section of the makeup of the Electrochemical Eye (EC-Eye). HKUST

Οι ερευνητές συνέδεσαν τους φωτοαισθητήρες από νανοκαλώδια με καλώδια υγρού μετάλλου τα οποία είχαν τον ρόλο των νεύρων, πίσω από τον τεχνητό ημισφαιρικό αμφιβληστροειδή που δημιούργησαν. Κατάφεραν έτσι να αντιγράψουν τη μεταφορά του οπτικού σήματος ώστε να αντικατοπτρίζει αυτό που το μάτι έβλεπε σε μια οθόνη υπολογιστή. Στο μέλλον, οι φωτοαισθητήρες από νανοκαλώδια θα μπορούν να συνδέονται απευθείας με τα νεύρα ασθενών που εμφανίζουν βλάβες στην όραση.

Υπεροχή έναντι του ανθρώπινου ματιού

A bionic eye (pictured in this artist's impression) that is as sensitive as the human retina could give millions of people the chance to see again — and will be available in just five years.

Το νέο τεχνητό τρισδιάστατο μάτι εμφανίζει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με το ανθρώπινο. Στον ανθρώπινο οφθαλμό οι δέσμες των οπτικών ινών που είναι απαραίτητες για τη μετάδοση του οπτικού σήματος στον εγκέφαλο διαπερνούν τον αμφιβληστροειδή χιτώνα μέσω ενός πόρου με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα τυφλό σημείο στην όραση. Οι φωτοαισθητήρες του τεχνητού οφθαλμού είναι όμως διάσπαρτοι σε ολόκληρο τον τεχνητό αμφιβληστροειδή και ο καθένας τους μπορεί να μεταδώσει σήματα μέσω του καλωδίου υγρού μετάλλου που διαθέτει. Με τον τρόπο αυτό καταργείται το τυφλό σημείο στην όραση αφού τα νανοκαλώδια δεν περνούν όλα από ένα σημείο.

Επιπλέον, καθώς τα νανοκαλώδια έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τους φωτοϋποδοχείς του ανθρώπινου ματιού, ο τεχνητός αμφιβληστροειδής μπορεί να λαμβάνει περισσότερα σήματα και πιθανώς να επιτυγχάνει καλύτερη ανάλυση των εικόνων σε σύγκριση με τον ανθρώπινο αμφιβληστροειδή. Εκτιμάται επίσης ότι με χρήση διαφορετικών υλικών τα οποία θα αυξάνουν την ευαισθησία των αισθητήρων, το τεχνητό μάτι θα επιτύχει στο μέλλον να διαθέτει λειτουργίες όπως η νυχτερινή όραση.

Η ερευνητική ομάδα του HKUST η οποία χρειάστηκε εννέα ολόκληρα χρόνια για την ανάπτυξη του τρισδιάστατου τεχνητού ματιού συνεργάστηκε με ειδικούς του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ στη συγκεκριμένη μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature».

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές, όπως ανέφερε ο επικεφαλής τους καθηγητής Φαν είναι «να βελτιώσουμε περαιτέρω την απόδοση, τη σταθερότητα και τη βιοσυμαβότητα της συσκευής μας».

Σαν μια νανο-ηλιακή κυψέλη

The artificial eyeball creates images by means of an assortment of tiny sensors that mirror the light-detecting photoreceptor cells of its natural counterpart. These are packed into a membrane of aluminium and tungsten that is shaped into a half sphere — mimicking a retina.

Η φιλοσοφία πίσω από το νέο τεχνητό μάτι βασίζεται σε μια ηλεκτροχημική διαδικασία την οποία υιοθετεί ένας τύπος ηλιακής κυψέλης. Θεωρητικώς, κάθε φωτοαισθητήρας του τεχνητού αμφιβληστροειδούς μπορεί να λειτουργήσει ως μια νανο-ηλιακή κυψέλη. Με κάποιες περαιτέρω τροποποιήσεις, το EC-Eye μπορεί να γίνει ένας αισθητήρας εικόνων ο οποίος θα αυτοτροφοδοτείται με ενέργεια χωρίς να χρειάζεται κάποια εξωτερική πηγή ενέργειας. Το γεγονός αυτό αναμένεται να τον καταστήσει πολύ πιο εύκολο στη χρήση σε σύγκριση με τους υπάρχοντες τεχνητούς φωτοαισθητήρες που χρησιμοποιούνται σε άτομα με προβλήματα στην όραση.

Πηγές: Leilei Gu, Swapnadeep Poddar, Yuanjing Lin, Zhenghao Long, Daquan Zhang, Qianpeng Zhang, Lei Shu, Xiao Qiu, Matthew Kam, Ali Javey, Zhiyong Fan. A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina. Nature, 2020; 581 (7808): 278 DOI: 10.1038/s41586-020-2285-x - https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-8340327/Bionic-eye-sensitive-human-retina-millions-chance-again.html - https://www.tovima.gr/2020/06/12/science/to-proto-3d-texnito-mati/

Η χαμηλότερη θερμοκρασία του Φόβου. Three New Views of Mars' Moon Phobos

Καταγράφηκαν οι χαμηλότερες θερμοκρασίες που έχουν μετρηθεί μέχρι σήμερα στον Φόβο, με τη χαμηλότερη να είναι περίπου μείον 123 βαθμούς Κελσίου. These six views of the Martian moon Phobos were captured by NASA's Odyssey orbiter as of March 2020. The orbiter's infrared camera, the Thermal Emission Imaging System (THEMIS), is used to measure temperature variations that provide insight into the physical properties and composition of the moon. Chronologically, the views represent waxing, waning and full views of the moon. On Feb. 25, 2020, Phobos was observed during a lunar eclipse, where Mars' shadow completely blocked sunlight from reaching the moon's surface. This provided some of the coldest temperatures measured on Phobos to date: The coldest measured was about minus189 degrees Fahrenheit (minus123 degrees Celsius). On March 27, 2020, Phobos was observed exiting an eclipse, when the surface was still warming up. Image credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/NAU

Νέες εικόνες του Φόβου, του δορυφόρου του Άρη, καταγράφηκαν από την κάμερα υπερύθρων ΤΗΕMIS του διαστημικού σκάφους της NASA Οδύσσεια. Η κάμερα ΤΗΕMIS καταγράφει τις θερμοκρασιακές μεταβολές οι οποίες υποδεικνύουν από τι είδους υλικό είναι φτιαγμένος ο δορυφόρος.

Μια εικόνα που ελήφθη στις 25 Φεβρουαρίου 2020, δείχνει τον Φόβο καθώς βρίσκεται σε έκλειψη, όπου η σκιά του Άρη εμποδίζει το φως του ήλιου να φτάσει στην επιφάνεια του δορυφόρου. Έτσι, καταγράφηκαν οι χαμηλότερες θερμοκρασίες που έχουν μετρηθεί μέχρι σήμερα στον Φόβο, με τη χαμηλότερη να είναι περίπου μείον 123 βαθμούς Κελσίου. Οι υπέρυθρες απεικονίσεις από τον αισθητήρα υπερύθρων χρωματίζονται έτσι ώστε να δείχνουν τις θερμοκρασιακές μεταβολές και επικαλύπτονται από εικόνες ορατού φωτός ώστε να φαίνεται η γεωλογική μορφή της επιφάνειας.

This movie shows three views of the Martian moon Phobos as viewed in visible light by NASA's 2001 Mars Odyssey orbiter. The apparent motion is due to movement by Odyssey's infrared camera, Thermal Emission Imaging System (THEMIS), rather than movement by the moon. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/SSI

Η Οδύσσεια βρίσκεται γύρω από τον Άρη από το 2001. Καταγράφει χιλιάδες εικόνες της επιφάνειας του Άρη κάθε μήνα, οι οποίες βοηθούν τους επιστήμονες να επιλέξουν τοποθεσίες προσγείωσης και εξερεύνησης μελλοντικών αποστολών.

Πηγές: https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2020-106 - https://physicsgg.me/2020/06/08/

Ο πλανήτης Άρης κάποτε είχε γιγάντιο δακτύλιο. Researchers Find New Evidence that Mars Once Had Massive Ring

Ο Άρης μπορεί κάποτε να είχε ένα γιγαντιαίο δακτύλιο, ο οποίος αργότερα μετασχηματίστηκε σε ένα από τα περίεργα φεγγάρια του, σύμφωνα με νέα έρευνα. Mars had a massive ring system several billion years ago, according to new research from the SETI Institute and Purdue University. An artist’s impression of a ringed Mars. Image credit: Tushar Mittal.

Ο Άρης έχει δύο μικρά, άμορφα φεγγάρια, το Phobos και το Deimos. Το Phobos βρίσκεται σε τροχιά πιο κοντά στον Κόκκινο Πλανήτη και ακολουθεί τη γραμμή του ισημερινού του Άρη. Το Deimos περιστρέφεται πιο μακριά, σε τροχιά που έχει κλίση 2 μοίρες από το επίπεδο του ισημερινού του Άρη.

Η τροχιά του ενισχύει την ιδέα ότι το Phobos μπορεί κάποτε να ήταν ένας τεράστιος δακτύλιος που τελικά πήρε το σημερινό του σχήμα.

Mars is kept company by two cratered moons — an inner moon named Phobos and an outer moon named Deimos. Image credit: NASA / JPL-Caltech / Malin Space Science Systems / Texas A&M University.

Το 2017, μια ομάδα ερευνητών υποστήριξε στο περιοδικό Nature Geoscience ότι τα φεγγάρια του Άρη περνούν από κύκλους, που σκίζονται σε λεπτά δαχτυλίδια από τη βαρύτητα του πλανήτη και τελικά σχηματίζονται ξανά ως φεγγάρια.

Σε κάθε κύκλο, το φεγγάρι που σχηματίζεται από τον δακτύλιο είναι μικρότερο από τον προηγούμενο εαυτό του, με κομμάτια των δακτυλίων να πέφτουν έξω από την τροχιά και να παρασύρονται στο διάστημα. Πάνω από δισεκατομμύρια χρόνια, γενιές φεγγαριών είχαν περάσει από αυτούς τους κύκλους, όπως υποψιάζονται οι επιστήμονες.

Το Phobos, σύμφωνα με μια νέα θεωρία, θα μπορούσε να έχει φτιάξει το Deimos στην τρέχουσα τροχιά του.

«Το γεγονός ότι η τροχιά του Deimos δεν βρίσκεται ακριβώς στο κενό με τον ισημερινό του Άρη θεωρήθηκε ασήμαντο και κανείς δεν ενδιαφερόταν να προσπαθήσει να το εξηγήσει», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Matija Ćuk, ερευνητής στο Ινστιτούτο SETI στο Mountain View της Καλιφόρνια.

«Αλλά μόλις είχαμε μια νέα ιδέα και την κοιτάξαμε με νέα ματιά, η τροχιά του Deimos αποκάλυψε το μεγάλο μυστικό της.»

 Δύο φεγγάρια που ακολουθούν παρόμοια μονοπάτια γύρω από έναν πλανήτη μπορούν να καταλήξουν σε μια κατάσταση που ονομάζεται «τροχιακή αντήχηση» όπου το ένα βυθίζεται πάνω-κάτω γύρω από την τροχιά του άλλου.

Δύο φεγγάρια του Ποσειδώνα αντηχούν μεταξύ τους έτσι, για παράδειγμα. Οι επιστήμονες πιστεύουν, λοιπόν, ότι συνέβησαν σε αυτόν τον κύκλο δαχτυλιδιών-φεγγαριών και έτσι εξηγείται και η κατάσταση στον Άρη.

Mars’ smallest moon, Deimos, as seen by the Mars Reconnaissance Orbiter spacecraft on February 21, 2009. The tilted orbit of the moon hints at ancient ring system around Mars. Image via NASA/ JPL-Caltech/ University of Arizona/ SETI Institute.

Το Deimos σχηματίστηκε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ ένας γιγαντιαίος δακτύλιος που περιβάλλει τον Άρη πήγε σε ένα φεγγάρι (ή φεγγάρια), διασκορπίστηκε σε δαχτυλίδι και στη συνέχεια σχηματίστηκε ως φεγγάρι ξανά, και ούτω καθεξής.

Κατά τη διάρκεια μιας από αυτές τις επαναλήψεις, ένα από τα φεγγάρια (το γιγαντιαίο φεγγάρι μυστηρίου) χτύπησε το Deimos στον δακτύλιο του, και έτσι αυτό το μυστήριο φεγγάρι σχηματίστηκε σε δακτύλιο.

Στη συνέχεια, ένα κατάλοιπο αυτού του δακτυλίου, οι επιστήμονες υποπτεύονται, ότι δημιούργησε το Phobos, το οποίο είναι ο νεότερος από τους δύο δορυφόρους του Άρη.

Για να λειτουργήσει αυτή η θεωρία, το φεγγάρι που σχηματίστηκε από ένα δαχτυλίδι του Άρη θα χρειαζόταν να αρχίσει να απομακρύνεται από τον Άρη και να συντονιστεί με το Deimos που θα παρήγαγε τη γωνιακή τροχιά του πιο απομακρυσμένου φεγγαριού.

Τελικά, μέρος του κύκλου θα επαναληφθεί ξανά. Το νεότερο φεγγάρι Phobos χάνει υψόμετρο πάνω από τον Άρη και οι ερευνητές αναμένουν ότι τελικά θα διαλυθεί και θα σχηματίσει έναν αποσυνθετικό δακτύλιο γύρω από τον πλανήτη. Αυτό θα αφήσει το μικρό Deimos να βρίσκεται σε τροχιά μόνο του.

Πηγές: Evidence for a Past Martian Ring from the Orbital Inclination of Deimos - http://www.sci-news.com/space/ancient-mars-ring-08502.html - https://www.skai.gr/news/technology/o-planitis-aris-kapote-eixe-gigantio-daktylioti-apokalypse-nea-ereyna

Ανακάλυψη νέου τύπου ύλης μέσα σε αστέρες νετρονίων. A new type of matter discovered inside neutron stars

Ισχυρά στοιχεία που υποδεικνύουν την παρουσία εξωτικής ύλης κουάρκ μέσα στους πυρήνες των μεγαλύτερων αστέρων νετρονίων που υπάρχουν ανακάλυψαν Φινλανδοί ερευνητές- οι οποίοι κατέληξαν στο συμπέρασμα αυτό συνδυάζοντας πρόσφατα αποτελέσματα ερευνών με μετρήσεις βαρυτικών κυμάτων από συγκρούσεις αστέρων νετρονίου. A research group has found strong evidence for the presence of exotic quark matter inside the cores of the largest neutron stars in existence. The conclusion was reached by combining recent results from theoretical particle and nuclear physics to measurements of gravitational waves from neutron star collisions. Confirming the existence of quark cores inside neutron stars has been one of the most important goals of neutron star physics for the last 40 years. Credit: JYRKI HOKKANEN, CSC - IT CENTER FOR SCIENCE

Η «κανονική» ύλη γύρω μας αποτελείται από άτομα, οι πυκνοί πυρήνες των οποίων, που αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια, περιτριγυρίζονται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Μέσα στους αστέρες νετρονίων, ωστόσο, η ατομική ύλη καταρρέει σε εξαιρετικά πυκνή πυρηνική ύλη, όπου τα νετρόνια και τα πρωτόνια είναι τόσο συνωστισμένα ώστε ολόκληρο το άστρο να μπορεί να θεωρείται ένας μεγάλος πυρήνας.

Μέχρι τώρα ήταν άγνωστο κατά πόσον μέσα στους πυρήνες των μεγαλύτερων άστρων η πυρηνική ύλη καταρρέει σε μια ακόμα πιο εξωτική κατάσταση, την ύλη κουάρκ, όπου οι ίδιοι οι πυρήνες παύουν να υπάρχουν. Επιστήμονες του University of Helsinki υποστηρίζουν πως έχουν βρει ότι η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι θετική- και τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Nature Physics.

«Η επιβεβαίωση της ύπαρξης πυρήνων κουάρκς μέσα σε αστέρες νετρονίων ήταν ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους της φυσικής από τότε που εξετάστηκε αυτό το ενδεχόμενο πριν από περίπου 40 χρόνια» είπε ο αναπληρωτής καθηγητής Αλέξι Βουορίνεν.

Artistic representation of a neutron star. The layer of "nuclear pasta" would be located in the innermost crust, near the core. (Image: © University of Alicante)

Σύμφωνα με τη μελέτη, η ύλη που βρίσκεται μέσα στους πυρήνες των μεγαλύτερων σταθερών αστέρων νετρονίων μοιάζει πολύ περισσότερο στην ύλη κουάρκ από ό,τι στη συνηθισμένη πυρηνική ύλη. Οι υπολογισμοί υποδεικνύουν ότι σε αυτά τα άστρα η διάμετρος του πυρήνα που ταυτοποιείται ως ύλη κουάρκ μπορεί να υπερβαίνει το ήμισυ του συνόλου του αστέρα νετρονίων. Ωστόσο ο Βουορίνεν υποδεικνύει πως υπάρχουν ακόμα πολλές αβεβαιότητες που σχετίζονται με την ακριβή δομή των αστέρων νετρονίων.

Όσον αφορά στο τι μπορεί να σημαίνει η (σχεδόν σίγουρη, σύμφωνα με το φινλανδικό πανεπιστήμιο) ανακάλυψη της ύλης κουάρκ, ο Βουορίνεν σημειώνει πως «υπάρχει ακόμα μια μικρή αλλά όχι ανύπαρκτη πιθανότητα όλοι οι αστέρες νετρονίων να αποτελούνται από πυρηνική ύλη μόνο. Αυτό που ήμασταν ωστόσο σε θέση να κάνουμε ήταν να ποσοτικοποιήσουμε αυτό που θα απαιτούσε αυτό το σενάριο. Εν ολίγοις, η συμπεριφορά της πυκνής πυρηνικής ύλης θα έπρεπε να είναι πολύ περίεργη. Για παράδειγμα, η ταχύτητα του ήχου θα έπρεπε να φτάνει περίπου αυτήν του φωτός».

Πηγές: Eemeli Annala, Tyler Gorda, Aleksi Kurkela, Joonas Nättilä and Aleksi Vuorinen. Evidence for quark-matter cores in massive neutron stars. Nature Physics, 2020 DOI: 10.1038/s41567-020-0914-9 - https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200601120036.htm - https://www.naftemporiki.gr/story/1605037/anakalupsi-neou-tupou-ulis-mesa-se-asteres-netronion

Πειράματα με νανορομπότ στη μάχη κατά του καρκίνου. Microscopic robots could take your body on a fantastic voyage

Τα νανορομπότ της έρευνας του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ κατασκευάζονται από μικροσωματίδια γυαλιού. Η μισή «συσκευή» είναι επικαλυμμένη με λεπτή μαγνητική νανομεμβράνη από νικέλιο και χρυσό, ενώ η άλλη μισή επικαλύπτεται από το αντικαρκινικό φάρμακο δοξορουβικίνη. Scientists have been developing microrobots that could imitate white blood cells. Injecting them into the bloodstream to help fight cancer could be next. An artist's representation of the robots (lower right corner) entering the bloodstream. Credit: Max Planck Institute for Intelligent Systems

Μοιάζει περισσότερο με σενάριο ταινίας επιστημονικής φαντασίας, αλλά είναι το μέλλον της επιστημονικής πραγματικότητας. Τα εγχυόμενα νανορομπότ είναι εδώ και θα συμβάλουν σημαντικά στον αντικαρκινικό αγώνα.

How the movies imagined life inside the blood stream. Credit: LMPC/LMPC/Getty Images

Βέβαια, η ιδέα συσκευών που θα λειτουργούν στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος δεν είναι καινούργια, αλλά έχει τις ρίζες της στην κινηματογραφική ταινία επιστημονικής φαντασίας «Φανταστικό ταξίδι» του 1966, που καταγράφει το απίθανο ταξίδι μιας ομάδας γιατρών μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Εκείνο το μελλοντολογικό όραμα έχει γίνει σήμερα, εν μέρει, πραγματικότητα και τα μικροσκοπικά ρομπότ θα μπορούν να μεταφέρουν στοχευμένα αντικαρκινικές θεραπείες σε περιοχές του ανθρώπινου σώματος, όπου υπάρχει ανάγκη.

Conceptual schematic depicting magnetically actuated microrollers locomoting against blood flow (upstream) on the vessel wall. Credit: Alapan et al., Sci. Robot. 5, eaba5726 (2020)

Αυτή, τουλάχιστον, είναι η ελπίδα του καθηγητή Μετίν Σιτί, επικεφαλής του Ινστιτούτου Έξυπνων Συστημάτων Μαξ Πλανκ της Στουτγάρδης, που μαζί με τους συνεργάτες του δημιούργησε νανορομπότ, τα οποία, ταξιδεύοντας στο αίμα μας, θα μεταφέρουν αντικαρκινικά φάρμακα και επιλεκτικά θα στοχεύουν εναντίον καρκινικών κυττάρων στους μαστούς. Οι ερευνητές έλαβαν ως πρότυπο τα λευκά αιμοσφαίρια, τα οποία μετακινούνται κατά μήκος των τοιχωμάτων των αιμοφόρων αγγείων και σε αντίθετη κατεύθυνση από τη ροή του αίματος.

Microrollers (green) binding to breast cancer cells (blue and red) from their silica sides. Credit: Alapan et al., Sci. Robot. 5, eaba5726 (2020)

Τα μικροσκοπικά ρομπότ είναι σφαιρικά και κατασκευάζονται από μικροσωματίδια γυαλιού. Η μισή «συσκευή» είναι επικαλυμμένη με μία λεπτή μαγνητική νανομεμβράνη από νικέλιο και χρυσό, ενώ η άλλη μισή επικαλύπτεται από δοξορουβικίνη, ένα αντικαρκινικό φάρμακο, και κάποια μόρια που αναγνωρίζουν τα καρκινικά κύτταρα. Προκειμένου να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητα των νανορομπότ-ιατρών, χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο που περιείχε αίμα ποντικού και συνθετικούς διαύλους, επικαλυμμένους με ανθρώπινα ενδοθηλιακά κύτταρα, αυτά δηλαδή που καλύπτουν τα εσωτερικά τοιχώματα των αιμοφόρων αγγείων μας. Τα ρομπότ εκτέθηκαν σε ένα μείγμα υγιών και καρκινικών ιστών και «προσδέθηκαν» επιλεκτικά στα καρκινικά κύτταρα. Στη συνέχεια ενεργοποιήθηκαν με υπεριώδη ακτινοβολία και απελευθέρωσαν το αντικαρκινικό σκεύασμα.

Εφαρμόζοντας μαγνητικά πεδία, οι επιστήμονες έλεγξαν την κίνηση των νανορομπότ, τόσο κατά την κατεύθυνση της ροής του αίματος όσο και αντίθετα προς αυτήν. Η ταχύτητα που μπορούν να αναπτύξουν ανέρχεται σε 600 μικρομέτρα (εκατομμυριοστό του μέτρου) το δευτερόλεπτο, ενώ η πλοήγησή τους είναι εύκολη. «Αν βρεθείς σε μια διακλάδωση του συστήματος των αιμοφόρων αγγείων και επιλέξεις λανθασμένη κατεύθυνση, δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα. Μπορείς να επιστρέψεις και να ακολουθήσεις τη σωστή», επισημαίνει ο Σιτί.

Τα ρομπότ που δοκιμάστηκαν είχαν διάμετρο 3 ή 7, 8 μικρομέτρων, ήταν, δηλαδή, λίγο μικρότερα από τα ανθρώπινα ερυθρά αιμοσφαίρια, που έχουν διάμετρο περίπου 8 μικρομέτρων. Βέβαια, η επιστημονική έρευνα ακόμη εξελίσσεται και οι επιστήμονες επιθυμούν να χρησιμοποιήσουν διαφορετικές μεθόδους για την ενεργοποίηση του μικροσυστήματος, όπως είναι η θερμότητα ή η εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία. Η επιστημονική ομάδα που δημιούργησε τα νανορομπότ ελπίζει πως σύντομα θα ξεκινήσει τις δοκιμές σε πειραματόζωα.

Η προσπάθεια δημιουργίας ιατρικών νανορομπότ του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ δεν είναι μοναδική. Πριν από λίγους μήνες, επιστήμονες του κινεζικού Εθνικού Κέντρου Νανοεπιστημών και Τεχνολογίας, σε συνεργασία με το πολιτειακό πανεπιστήμιο της Αριζόνας, δημιούργησαν νανορομπότ, με διάμετρο μερικών νανομέτρων (ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου), τα οποία στη συνέχεια ενέχυσαν στα αιμοφόρα αγγεία ποντικών, ώστε να συρρικνώσουν τους καρκινικούς τους όγκους, διακόπτοντας την παροχή αίματος σε αυτούς. Αυτά τα νανορομπότ κατασκευάστηκαν από φύλλα DNA, τα οποία είχαν σχηματίσει σωληνάρια και είχαν γεμιστεί με ένα σκεύασμα που ευνοεί την πήξη του αίματος. Στο εξωτερικό τους, οι επιστήμονες τοποθέτησαν ένα τμήμα DNΑ, που συνδέεται με μία πρωτεΐνη η οποία ανιχνεύεται αποκλειστικά στους καρκινικούς όγκους. Όταν τα νανορομπότ προσέγγισαν τα κακοήθη νεοπλάσματα και προσδέθηκαν στην πρωτεΐνη, τα φύλλα DNA ξεδιπλώθηκαν απελευθερώνοντας το φάρμακο, συρρικνώνον  τας τα νεοπλάσματα, χωρίς να προκαλέσουν κάποια παρενέργεια.

Πηγές: Yunus Alapan et al. Multifunctional surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flow, Science Robotics (2020). DOI: 10.1126/scirobotics.aba5726 - https://www.inverse.com/innovation/microscopic-robots-could-take-your-body-on-a-fantastic-voyage - https://www.kathimerini.gr/1080722/article/epikairothta/episthmh/peiramata-me-nanorompot-sth-maxh-kata-toy-karkinoy

Κατερίνα Γώγου, «25 Μαΐου»

Eldzier Cortor, The Room No. VI, 1948. Oil and gesso on Masonite, 107.3 × 80 cm. © Eldzier Cortor.

Ένα πρωί θ’ ανοίξω την πόρτα

και θα βγω στους δρόμους

όπως και χτες.

Και δεν θα συλλογιέμαι παρά

ένα κομμάτι από τον πατέρα

κι ένα κομμάτι από τη θάλασσα

–αυτά που μ’ άφησαν–

και την πόλη. Την πόλη που τη σάπισαν.

Και τους φίλους μας που χάθηκαν.

Ένα πρωί θα ανοίξω την πόρτα

ίσα ολόισα στη φωτιά

και θα μπω όπως και χτες

φωνάζοντας «φασίστες!»

στήνοντας οδοφράγματα και πετώντας πέτρες

μ’ ένα κόκκινο λάβαρο

ψηλά να γυαλίζει στον ήλιο.

Θ’ ανοίξω την πόρτα

και είναι –όχι πως φοβάμαι–

μα να, θέλω να σου πω, πως δεν πρόλαβα

και πως εσύ πρέπει να μάθεις

να μην κατεβαίνεις στο δρόμο

χωρίς όπλα όπως εγώ

– γιατί εγώ δεν πρόλαβα–

γιατί τότε θα χαθείς όπως και εγώ

«έτσι» «αόριστα»

σπασμένη σε κομματάκια

από θάλασσα, χρόνια παιδικά

και κόκκινα λάβαρα.

Ένα πρωί θ’ ανοίξω την πόρτα

και θα χαθώ

με τ’ όνειρο της επανάστασης

μες την απέραντη μοναξιά

των δρόμων που θα καίγονται,

μες την απέραντη μοναξιά

των χάρτινων οδοφραγμάτων

με το χαρακτηρισμό –μην τους πιστέψεις!–

Προβοκάτορας.

Leon Golub, This Could Be You!, 2002. Courtesy of Ronald Feldman Fine Arts, New York.

Ανακάλυψη «αινιγματικού» γαλαξία που αμφισβητεί συμβατικά μοντέλα σχηματισμού γαλαξιών. Astronomers discover a massive rotating disk galaxy in the early universe

Στο σύμπαν μας, ηλικίας 13,8 δισ. ετών, οι περισσότεροι γαλαξίες σαν τον δικό μας σχηματίζονται σταδιακά, φτάνοντας αργά στα τεράστια επίπεδα μάζας τους. Ωστόσο, η νέα ανακάλυψη μέσω του ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ενός τεράστιου περιστρεφόμενου δισκοειδούς γαλαξία, που εθεάθη όταν το σύμπαν είχε μόνο το 10% της παρούσας ηλικίας του, αμφισβητεί τα παραδοσιακά μοντέλα σχηματισμού γαλαξιών. In our 13.8 billion-year-old universe, most galaxies like our Milky Way form gradually, reaching their large mass relatively late. But a new discovery made with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) of a massive rotating disk galaxy, seen when the universe was only ten percent of its current age, challenges the traditional models of galaxy formation. An artist’s impression of DLA0817g (Wolfe Disk), a massive, rotating disk galaxy in the early, dusty Universe. The galaxy was initially discovered when ALMA examined the light from a more distant quasar (top left). Image credit: NRAO / AUI / NSF / S. Dagnello.

Η σχετική έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature. Ο γαλαξίας DLA0817g, γνωστός και ως Wolfe Disk από το όνομα του αστρονόμου Άρθουρ Μ. Γουλφ, είναι ο πιο μακρινός δισκοειδής γαλαξίας που έχει παρατηρηθεί ποτέ. Χάρη στην ισχύ του ALMA, ο γαλαξίας εθεάθη να περιστρέφεται σε ταχύτητα 272 χλμ ανά δευτερόλεπτο, σαν τον δικό μας γαλαξία.

«Αν και προηγούμενες μελέτες υποδείκνυαν την ύπαρξη αυτών των πρώιμων, περιστρεφόμενων, πλουσίων σε αέρια δισκοειδών γαλαξιών, χάρη στο ALMA έχουμε τώρα ατράνταχτα στοιχεία πως εμφανίζονταν από 1,5 δισ. χρόνια μετά το Big Bang» είπε ο Μαρσέλ Νίλεμαν του Ινστιτούτου Αστρονομίας Max Planck και lead author της έρευνας.

H ανακάλυψη του Wolfe Disk αποτελεί πρόκληση για πολλές προσομοιώσεις σχηματισμού γαλαξιών, οι οποίες προβλέπουν πως τεράστιοι γαλαξίες σε εκείνη τη φάση της εξέλιξης του σύμπαντος αναπτύσσονταν μέσω συγχωνεύσεων μικρότερων γαλαξιών και θερμών συγκεντρώσεων αερίων.

«Οι περισσότεροι γαλαξίες που βρίσκουμε νωρίς στο σύμπαν μοιάζουν με σιδηροδρομικά ατυχήματα, επειδή πέρασαν σταθερές και συχνά “βίαιες” συγχωνεύσεις» είπε ο Νίλεμαν. «Αυτές οι θερμές συγχωνεύσεις κάνουν δύσκολο τον σχηματισμό καλά διαμορφωμένων, ψυχρών περιστρεφόμενων δίσκων όπως αυτοί που παρατηρούμε στο παρόν σύμπαν».

Στα περισσότερα σενάρια σχηματισμού γαλαξιών, οι γαλαξίες αρχίζουν να παρουσιάζουν καλά σχηματισμένους δίσκους περίπου 6 δισ. χρόνια μετά το big Bang. To γεγονός πως βρέθηκε ένας τέτοιος δισκοειδής γαλαξίας όταν το σύμπαν είχε μόλις το 10% της τωρινής του ηλικίας υποδεικνύει πως πρέπει να κυριάρχησαν άλλες διαδικασίες ανάπτυξης.

ALMA radio image DLA0817g (Wolfe Disk), seen when the Universe was only 10% of its current age. Image credit: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / M. Neeleman / AUI / NSF / S. Dagnello.

«Πιστεύουμε πως ο Wolfe Disk αναπτύχθηκε κυρίως μέσω της σταθερής συσσώρευσης ψυχρού αερίου» είπε ο Ξαβιέ Προτσάσκα, του University of California, Santa Cruz και άλλος ένας εκ των ερευνητών. «Ωστόσο ένα ερώτημα που παραμένει είναι πώς συγκεντρώθηκε μια τόσο μεγάλη μάζα αερίου διατηρώντας παράλληλα έναν σχετικά σταθερό, περιστρεφόμενο δίσκο».

Πηγές: Marcel Neeleman & J. Xavier Prochaska, et al. A Cold, Massive, Rotating Disk 1.5 Billion Years after the Big Bang. Nature, 2020 DOI: 10.1038/s41586-020-2276-y - https://news.ucsc.edu/2020/05/wolfe-disk.html - https://www.naftemporiki.gr/story/1602486/anakalupsi-ainigmatikou-galaksia-pou-amfisbitei-sumbatika-montela-sximatismou-galaksion