Сьогодні для вас десяток наукових експериментах, які, можливо, змінять на краще наше життя вже в найближчі десятиліття. Дуже скоро ми отримаємо можливість користуватися плодами цих наукових вишукувань.

Вживлення «розумних» мікрокапсул в людське тіло

Цей прилад винайшли в дослідницькому центрі NASA у Каліфорнії.
Він являє собою вуглецеві нанотрубки, які можна імплантувати під шкіру.
Уявіть собі «розумну» мікрокапсулу, вшитую в людське тіло, яка вводить в кров життєво необхідне індивідууму ліки в потрібний час і в необхідних дозах.

Таке пристосування може врятувати сотні тисяч хворих людей, яким потрібно постійно приймати медичні препарати. Наприклад, якщо нанотрубки помістити клітини острівців Лангерганса з підшлункової залози, які в нормі виробляють інсулін, то їх можна застосовувати для лікування діабету.

Одну з модифікацій такого приладу планується вживляти космонавтам. Ідея полягає в тому, що в нанотрубках міститься біологічний матеріал (живі клітини), який реагує, наприклад, на збільшення радіації при спалахах на Сонці і виділяє препарат, що захищає організм космонавта. Клітини, які знаходяться в нанотрубках, можна змінювати методами генної інженерії так, щоб вони продукували необхідні речовини у відповідь на зміни навколишнього середовища.

Захистити людину від радіації може, наприклад, білок G-CSF - речовина, яка вже застосовується при радіотерапії ракових хворих.

Вуглецеві нанотрубки повинні мати пори, дозволяють клітинам рости і ділитися, а ліків - виділятися в організм господаря. Зараз капсули відчувають на тварин. Але в недалекому майбутньому вчені перейдуть до експериментів на добровольцях.

Машини, що вбирають вуглекислий газ з атмосфери

Прийдешня зміна клімату на планеті давно обговорюється на всіх рівнях суспільства. Основною причиною глобального потепління є вуглекислий газ, у величезних кількостях виробляється промисловими підприємствами та транспортними системами всього світу. Канадська фірма Carbon Engineering сподівається змінити ситуацію з допомогою хімічної екстракції цього газу з атмосфери.

Придуманий фахівцями фірми апарат може засмоктувати повітря і пропускати його через розчин гідроксиду. В результаті цього вуглекислий газ перетворюється в твердий вуглецевий осад - вуглекислу сіль. А її вже можна використовувати для промислових цілей або просто закопати в землю.
В минулому році пройшли випробування цього апарату, який працював 500 годин, успішно використовуючи вуглекислий газ з повітря. Наступний експеримент триватиме вже кілька тисяч годин. Інженерів цікавить, як апарат буде реагувати на різні погодні умови.

Компанія сподівається розробити комерційний пілотний проект в 2013 році. Кожен з модулів апарату буде нагадувати гігантську охолоджувальну башту атомної станції і зможе витягувати 1 мільйон тонн вуглекислого газу з атмосфери в рік. Наша цивілізація виробляє щорічно 30 більйонів тонн цього газу, тобто потрібна робота 30 тисяч модулів, щоб повністю нейтралізувати вплив людства на клімат планети.

Рішення проблеми надпровідників

В надпровідниках полягає майбутнє передачі і зберігання електрики. Ці матеріали мають дуже низький, майже нульовий опір.

Їх можна застосовувати при виготовленні кабелів і батарей для енергетичних систем. Але проблема полягає в тому, що всі відомі нині надпровідники є такими тільки при дуже низьких температурах: менше -163 °С. Тому їх треба охолоджувати і добре ізолювати, що саме по собі дуже дорого. Потрібно знайти такі матеріали, які сверхпроводимы при більш високих температурах. А це вже в компетенції квантової фізики і її складних законів, що стосуються поведінки субатомних частинок. Рішення проблеми не під силу сучасним комп'ютерам.

Але вчені Національного інституту стандартів і технологій США розробили «квантовий стимулятор» - комп'ютерну систему, яка допоможе дослідникам планувати і проводити стимуляцію взаємодій між квантовими частинками і просто зчитувати інформацію про результати цих взаємодій. Таким чином можна буде порівнювати відомі надпровідники з іншими матеріалами і шукати серед них відповідний.

Створення єдиної моделі всіх законів і явищ у фізиці

Стандартна модель фізики елементарних частинок в даний час є найкращою системою для розуміння поведінки субатомних частинок речовини. Однак вона не може пояснити феномени гравітації і розширення Всесвіту, що відбувається із зростаючою швидкістю. Створення єдиної моделі, яка буде охоплювати всі відомі фізичні явища в природі, стане яскравим проривом в науці, порівнянним з розвитком квантової теорії. На основі квантової теорії зараз працюють лазери, мікроелектронні пристрої, надточні годинник, створені невскрываемые коди, то є багато чого, про що навіть не думали, поки теорія не була сформульована.

Як же може відхилитися навколишнє нас реальність від пророкувань стандартної моделі? Відповідь з'явиться після експериментів, поставлених на Великому адронному колайдері - гігантському прискорювачі частинок. Він працює з великими енергіями. У ньому відбувається зіткнення частинок - протонів.

Більш перспективним буде зіткнення електронів і позитронів, так як в цьому експерименті можна встановлювати і змінювати енергію кожного зіткнення і вивчати більш прості фінальні стану. Але ці частинки не можна розганяти по колу, так як в цьому випадку вони будуть віддавати свою енергію в усі сторони. Це явище відоме як синхротронная радіація. Рішення лежить на поверхні: треба розганяти їх по прямій, використовуючи лінійний прискорювач. Саме таку споруду планується звести в недалекому майбутньому.
Його довжина складе 50 кілометрів. Побудувати його можуть в Японії, Америці, Швейцарії та Росії.

Хвороба Альцгеймера на чашках Петрі

В даний час в світі налічується 26 мільйонів людей, що страждають хворобою Альцгеймера. Це більше, ніж населення всієї Австралії.

У Великобританії таких хворих 800 тисяч. Очікується, що ці показники подвояться до 2050 року. Причина захворювання до цих пір невідома, та ефективного лікування немає. Пацієнтам можуть лише трохи поліпшити якість життя. Для вивчення хвороби потрібні зразки мозкової тканини живого людини, але отримати їх зі зрозумілих причин неможливо. А на тварин ставити досліди в даному випадку марно, адже тільки люди схильні до цього недугу.

Тому важко переоцінити значимість роботи двох незалежних груп дослідників з Кембріджського і Каліфорнійського університетів. Вони змогли виростити мозкові клітини в лабораторних умовах і спостерігати розвиток хвороби Альцгеймера прямо на чашках Петрі. Вдалося з'ясувати, що захворювання починається з поступового накопичення невеликих клітинних аномалій. Вчені брали клітини шкіри пацієнтів, в роду яких були хворі, з них отримували стовбурові клітини, які можуть перетворюватися на будь-які інші, наприклад мозкові. На них і вивчають дію різних речовин, щоб знайти засоби для зупинки розвитку захворювання. Дослідники сподіваються на успішне завершення проекту в найближчі три-п'ять років.

Пошук позаземних цивілізацій

З 1995 року, коли була відкрита перша зірка, схожа на Сонце з оточуючими його планетами - 51 Пегаса і її планета Беллерофонт, - астрофізики почали вивчення близько 760 планет на предмет існування на них цивілізації. Виявляється, ці планети знаходяться від своїх сонць приблизно на такій же відстані, як і Земля від свого світила, отримують від них набагато менше світла і тепла.

Астрофізик, професор Університету Колорадо Вебстер Кеш запропонував пристрій «затемнення зірок» - спеціальний космічний апарат, який може заступати світло від зірки, дозволяючи чутливим інструментів телескопа вивчати будь-яку планету. Це зробить можливим спектроскопічне дослідження світла від цих планет для визначення їх хімічного складу і наявності або відсутності атмосфери. Так же можна дізнатися, чи є в оточенні планет водяний пар. Ключовим биомаркером, тобто речовиною, що говорить про наявність життя, є кисень. Його-то і намагаються знайти дослідники.

Розробка нових двигунів для космічних апаратів

Запуск космічного корабля на земну орбіту - досить складна задача. Швидкість космічного корабля при цьому має у 25 разів перевищувати швидкість звуку. Для цього потрібно багатоступенева громадина, що має на борту велику кількість палива, що при випадковому вибуху буде нагадувати невеликий вибух ядерної бомби. Крім цієї небезпеки існує ще й фінансова проблема. Подібний політ коштує десятки тисяч доларів за кілограм вантажу, що знаходиться в ракеті. Але такий стан справ скоро можна буде змінити.

У британській компанії Reaction Engines сконструювали багаторазовий безпілотний космічний апарат Skylon, позбавлений вищеописаних недоліків. Ключовим моментом успіху цього проекту є розробка космічного двигуна SABRE абсолютно нової системи, який зможе працювати в двох режимах: реактивного (газотурбінного) двигуна і ракетного двигуна.

Основним видом палива для нього є водень, а окислювачем - кисень. Під час зльоту і посадки кисень буде надходити в двигун прямо з атмосфери. А після виходу в космос у справу вступ'ят внутрішні резервуари з окислювачем. Зараз головні компоненти нового двигуна вже створені і готуються до проведення всебічних випробувань. У разі успіху і впровадження проекту вартість виведення космічних апаратів на орбіту Землі зменшиться в 15-50 раз. Максимальна маса корисного вантажу, який зможе доставити в космос Skylon, складе 12-15 тонн для висоти 300 кілометрів і 9,5-10,5 тонни - для висоти 460 кілометрів.

Вирощування «суперпшеницы»

Для того, щоб нагодувати населення Землі, потрібні сільськогосподарські угіддя площею з Південної Америки.
Вчені намагаються знайти більш ефективні шляхи отримання їжі. Експерти з Wheat Yield Consortium-Консорціум по врожайності пшениці) вважають, що одним із шляхів вирішення даної проблеми є виведення «суперпшеницы», модифікованої рослини для отримання більшої кількості їстівної біомаси. Мета розробки - збільшити врожайність на 50% протягом 25 років. Але яким чином?

З допомогою посилення ефективності фотосинтезу. Фотосинтез - це процес, що йде в рослинах для утворення органічних речовин з вуглекислого газу і води на світлі за участю фотосинтетичних пігментів (хлорофіл у рослин, бактеріохлорофіл і бактериородопсин у бактерій). Планується збільшити ефективність цього процесу, впливаючи на один з ферментів, який відповідає за перший етап фотосинтезу - фіксацію вуглецю. Тут можна використовувати як біохімічні, так і генетичні методи. Даний проект поки погано фінансується, але перші експерименти вже почалися в Мексиці.

Створення безпечних атомних станцій

У 1954 році в Обнінську була побудована перша в світі атомна електростанція. Атомну енергію з тих пір проголосили невичерпним джерелом енергії майбутнього. Однак після відомих подій в Чорнобилі і на «Фукусімі» стало ясно, що такі електростанції являють собою величезну небезпеку. У зв'язку з цією проблемою розробляється проект під назвою ITER (ІТЕР) - найбільший у світі термоядерний реактор, що будується зараз у Франції спільними зусиллями Євросоюзу, Індії, Китаю, Південної Кореї, Росії, США та Японії. Термоядерний реактор набагато безпечніше ядерного реактора в радіаційному відношенні. Кількість використовуваних у ньому радіоактивних речовин порівняно невелика.

Енергія, яка може виділитися в результаті аварії, теж мала і не може привести до руйнування реактора. Конструкція реактора така, що в ньому є природні бар'єри, що перешкоджають поширенню радіоактивних речовин. Тим не менш, при проектуванні ITER велика увага приділялася радіаційної безпеки - як при нормальній експлуатації, так і під час можливих аварій. Енергія в ньому буде проводитися при злитті ядер дейтерію і тритію (ізотопів водню з зайвими нейтронами). Це паливо безпечно, так як при його використанні не відбувається ланцюгової реакції. В результаті не відбувається тривалих радіоактивних забруднень. Більш того, дейтерію дуже багато в морській воді, а тритій легко отримати з літію.

Машини, які можуть редагувати ДНК

Можливість зміни людської ДНК давно займає розуми вчених і медиків усього світу. З тих пір, як стало відомо про залежність різних захворювань від послідовності генома живого організму, проводиться безліч генетичних, генно-інженерних та біохімічних досліджень для розробки методів лікування за допомогою змін, що вносяться до ДНК. Початок багатьох відкриттів у біології пов'язане з бактеріями. Це відносно просто влаштовані істоти, в яких представлені багато фундаментальні процеси, що йдуть і в людському організмі. Вже зараз з їх допомогою ведеться промисловий синтез лікарських речовин. Щоб мікроби служили людині так, як йому потрібно, вчені навчилися вносити в їх ДНК відповідні зміни.

Однак такі експерименти вимагають багато часу, сил і витрат і не завжди успішні.
В недалекому майбутньому американська корпорація LS9 збирається забезпечити населення недорогими пальним, ліками і, бути може, навіть їжею. Все це буде здійснюватися в біореакторах на основі дешевої сировини - різних органічних відходів, деревної стружки і так далі. Один з керівників проекту Джордж Черч спільно з колегами розробив новий підхід для отримання мікроорганізмів з необхідними властивостями. Нова технологія названа MAGE (Multiplexautomated genomic engineering), тобто «умноженно-автоматизована геномна інженерія». В її основі - новий пристрій, яке цілком можна назвати «машиною еволюції».

Воно дозволяє виробляти в бактеріальної ДНК по 50 змін одночасно, тобто за один експеримент перевіряти 50 варіантів. А коли вибір такий великий, то легше і швидше знайти те, що потрібно. Вчені зараз ведуть пошук «паливних» мікробів, які будуть синтезувати різні суміші вуглеводнів, схожі за складом на автомобільне паливо. Перша така експериментальна установка запущена ще в минулому році в Сан-Франциско, і в ній уже працюють бактерії-хіміки першого покоління. З цукрової тростини вони виробляють сотні галонів біопалива в тиждень. Це паливо кристально чисте і відповідає світовим стандартам.

Автори розробки вважають, що принцип прискореної еволюції в машині дозволить отримати такі модифіковані бактерії, які у величезній кількості синтезувати дешеві поживні речовини і різні лікарські препарати.

Виконавчий директор проекту LS9 Білл Хейвуд оптимістично заявляє: «Ми зцілюємо світ». Дуже хочеться вірити, що так і буде.