«Химия и Жизнь», Ноябрь 2023

Что делать с микропластиком, который стремительно загрязняет окружающую среду и насыщает пищу? Ученые только начали искать подход, позволяющий ответить на этот вопрос.

В январе 2019 года после серии происшествий на свалках страны, в том числе и отравления граждан свалочными газами, началась мусорная реформа: пусть и со скрипом, но заработали механизмы, придуманные для уменьшения объема свалок. Более того, переработка мусора должна очень быстро стать эффективной: в 2030-м году свалок у нас быть не должно.

Оценка реагентов и продуктов химических реакций по внешнему виду — рутинная лабораторная практика. Ученые из Университета Хоккайдо разработали программу искусственного интеллекта, которая определяет состав смесей твердых веществ по одной фотографии. Ее обучали на нескольких сотнях фотографий смеси сахара и соли с разными пропорциями. Точность результата вдвое превзошла точность самого опытного химика. Программа успешно различала даже химически близкие вещества с минимальной разницей в атомном и молекулярном строении. Алгоритм будет полезен и в лабораториях, и на производствах — везде, где нужно быстро оценить качество и чистоту реагентов и продуктов реакций.

Тропические леса важны для поддержания состава атмосферы планеты и сохранения ее биоразнообразия. Немецкие ученые изучили оставленные луга и бывшие плантации какао в Северном Эквадоре, которые вновь зарастают лесом. Биологи решили проверить, можно ли использовать лесные звуки, чтобы с помощью искусственного интеллекта определять, из кого состоят сообщества птиц, амфибий и млекопитающих, а также вычислить степень зарастания территории. Сейчас ученые активно работают над совершенствованием своих алгоритмов и расширением количества данных для их обучения.

Большинство маленьких роботов имеют самую простую форму куба, но есть семейство, которое подобно животным может менять свою форму. Американские инженеры создали прототип робота, который способен протискиваться через вертикальные щели. Сейчас четвероногий робот весом 2,6 г и размерами 3,4x3,4 см проходит испытания. Каждая его секция представляет собой кубик с пьезоэлектрическим приводом и ногой, который может стать частью четвероногого или многоногого робота. Он будет изменять форму за счет гибкого сочленения секций, а дополнительные модули смогут придать ему нужную форму и добавить проходимости.

Автопилотная технология облегчает управление автомобилем. Она снижает напряжение водителя и позволяет ему распорядиться своим временем более продуктивно. Так при движении в пробке он может убрать руки с руля и переключить внимание на центральный дисплей автомобиля, чтобы заняться другими задачами, например, изучить маршрут. Но водителю обязательно придется вернуться к управлению. Перед этим автопилот пошлет специальный сигнал. Однако успеет ли водитель среагировать? Оказалось, это можно понять по его глазам. Группа английских инженеров смогла добиться этого с помощью искусственного интеллекта.

Один из путей к разрешению столетней загадки о том, как мозг и нос работают вместе, лежит в установлении принципиально новых экспериментальных зависимостей и корреляций. Американские исследователи создали искусственный интеллект, способный соотнести запах вещества и структуру его молекулы. Алгоритм достиг уровня эксперта в различении и точном словесном описании запахов. ИИ также может предвидеть новые запахи для парфюмерной индустрии или синтеза составов для отпугивания насекомых. Алгоритм выдал описания запахов и их силу для полумиллиона молекул, которые еще не синтезированы.

Внеземная жизнь — одна из интереснейших научных тем. В прошлом номере мы обсудили перспективы поиска биоты на разных телах Солнечной системы. На этот раз речь пойдет о том, что может быть маркером жизни, как для ее выявления нужно обработать данные марсоходов и при чем тут искусственный интеллект.

Ученые многих научных центров создают приборы, которые позволят говорить больным, даже парализованным людям. Большой шаг в разработке искусственной речи сделали европейские исследователи, которые научили программу искусственного интеллекта декодировать электрические сигналы, протекающие по сенсомоторной коре, и с точностью 92% преобразовывать их в слова. ИИ управлял синтезатором речи, говорившим голосом самого больного. В эксперименте участвовали больные эпилепсией, которым для лечения их заболевания вживили сенсоры в мозг. Нейрофизиологи уверены, что их достижения уже сейчас можно внедрять в клиническую практику.

Музыка — древнее человеческое занятие, однако изменения, которые при ее прослушивании происходят в мозгу, до сих пор окончательно не ясны. Этими вопросами давно занимается группа западных нейрофизиологов, которая исследует электрический отклик мозга. На этот раз ученые первыми показали, что по электрическим сигналам слуховой коры можно определить строчки песни и различить слова в них, то есть воссоздать музыкальность речи. Для этого исследователи вновь провели детальный анализ экспериментальных данных, полученных десятилетие назад, когда ученые пытались понять, как мозг различает музыкальные произведения и их жанры. Результаты работы многообещающи, особенно для тех, кто из-за инсульта, ранений или паралича не может говорить внятно.

Технологии виртуальной реальности, которые нужны для тренажеров и компьютерных игр, дают более глубокое погружение в образный мир, чем любой дисплей. В комбинации с ней привычная электроэнцефалография предоставляет ученым дополнительную информацию о нейронных процессах в мозгу. Исследователи из Университета Техаса в Остине разработали новый удобный датчик для ЭЭГ и подключили его к коммерческому устройству Meta VR. Они также создали компьютерный симулятор езды на автомобиле с кнопкой отклика на команды. Он позволил измерить электрическую активность мозга при принятии решений. Новую технологию ученые планируют применять и для диагностики уровня тревожности пациента, а также тренировать его реакцию на внешние раздражители для ее лечения.

Болезни пародонта, ткани, окружающей зубы, приводят к воспалению десен. Эти заболевания очень широко распространены в мире, особенно у людей старшего возраста. Японские исследователи изучили риск связанной с ними деменции. Они обнаружили, что плохие десны и потеря зубов коррелируют со сжиманием мозга, в частности гиппокампа, который контролирует мыслительные процессы и память. Ученые отмечают, что их исследование не свидетельствует о причинной связи изменений в мозге и полости рта. Оно носит предварительный характер, так как было проведено лишь в одном из регионов Японии.

Недосыпание ведет к серьезным нарушениям сознания и нервным болезням, однако биохимические механизмы явления до сих пор детально неизвестны. Ученые недавно подтвердили ключевую роль специфических белков в деградации когнитивных функций из-за бессонницы. При этом происходят органические изменения в гиппокампе, который отвечает за обучение и память. В опытах на мышах биологи оценивали их способность преодолевать простые лабиринты и распознавать новые объекты после двухдневной бессонницы. Потеря белка плеотрофина приводила к гибели нейронов гиппокампа. Его концентрация сможет служить индикатором когнитивных нарушений при бессоннице.

Представляем очередную статью в сериале «Вернадский — 160» историка науки, доктора физико-математических наук, профессора Владимира Павловича Визгина. Автор рассказывает о роли В.И. Вернадского в становлении отечественной атомной программы, который буквально пробил идею атомного проекта через советские властные структуры.

Более полувека назад ученые обнаружили, что диеты с высоким содержанием фруктозы провоцируют ожирение. При этом фруктозу продолжали добавлять во многие продукты и активно рекомендовали диабетикам как заменитель сахара. Однако у этой порочной практики есть и положительная сторона: вынужденно исследуя последствия неумеренного потребления фруктозы, ученые узнают много нового о метаболических заболеваниях.

Современная народная медицина считает лук эффективным средством от астмы, воспалительных заболеваний, простуд, дизентерии и диареи, диабета и даже злокачественных опухолей. Клинические же исследования показывают, что луковица или свежеотжатый луковый сок препятствуют повышению уровня холестерина в сыворотке после жирной трапезы; снижают артериальное давление, вязкость плазмы и образование тромбов, причем эффект более выражен у людей с пониженной текучестью крови; снижают уровень инсулина и глюкозы натощак в крови больных диабетом; поддерживают плотность костей у пожилых людей и уменьшают риск переломов.

Чтобы оценить уровень искусственного интеллекта, необязательно быть инженером или программистом. Чтобы судить о человеческом уме, не нужно залезать в черепную коробку и заниматься нейробиологией мозга, разбирать его на нейроны, синапсы и т. д. Достаточно ознакомиться с тем, что этот ум производит: с текстами, с набором понятий и суждений. Это феноменологический подход — ум таков, каким он себя проявляет.

Одна из важнейших задач художественной литературы — исследование окружающей действительности. И в этом она схожа с наукой. Но, в отличие от науки, она представляет результаты своих исследований не в виде набора фактов и научных концепций, а в виде художественных образов. В каком-то смысле литературное произведение — это своего рода научное исследование.

Классическая астрофизика считает, что, когда светило Главной звездной последовательности приближается к концу своей жизни, его диаметр увеличивается и оно поглощает окружающие его планеты. Так наша Земля будет уничтожена Солнцем. Недавно астрофизики засомневались в неизбежности этого сценария. Большая команда ученых из Гавайского университета в Маноа нашла планету размером с Юпитер, которая, по-видимому, выжила после того, как побывала внутри своей расширившейся звезды.

Океанические вихри в десятки километров размером — это круговое или спиралевидное движение воды в океанах, которое возникает под воздействием сильных течений, ветра и силы тяжести. Российско-норвежская группа ученых построила гидродинамическую модель морских мезомасштабных вихрей с целью выяснить, как такая турбулентность эволюционирует в океане. Проверку своей теории ученые проводили в Лофотенской котловине Норвежского моря. Для исследования привлекли и спутниковые данные, и натурные измерения.

Землетрясения обычно предваряют форшоки, которые на сегодня считают основными предвестниками приближения главного шока. Однако, геофизики до сих пор не понимают их базовые физические параметры и связь с главным шоком. В недавней работе ученые Геологической службы Израиля эмпирически определили частотные характеристики форшоков для сильных землетрясений, а также выявили типы землетрясений, которые наиболее часто порождают форшоки. Это позволило найти ряд их новых закономерностей, а также выделить на карте мира те области, где они наиболее часты.

— Фрау Ханенфус, вы опять за свое! Я подам на вас в суд!
— Что вам не нравится, фрау Минце?
— Во-первых, вы влезли на чужую территорию. Деревня Кляйнзумпф — мой участок. С какой стати вы раздаете здесь свои артефакты? Во-вторых, я не удивлюсь, если этот ваш горшок вообще не сертифицирован. Впрочем, это уж пускай комиссия выясняет. В-третьих, меня поражает ваша экологическая безответственность. Потоком горячей каши уничтожено восемнадцать кустов гадючника мелкотравчатого! Пострадало три гнезда шмендровых жужелиц, там практически полностью погибли личинки! Это я говорю только об охраняемых видах, а ущерб для биоценоза в целом еще только предстоит оценить...

Cистему распознавания болезней по языку с помощью ИИ придумали инженеры из багдадского Среднего технического университета. Робот с вероятностью 94% распознал диабет, анемию и нарушения мочеиспускания. Предполагается, что такой ИИ будет узнавать 10 заболеваний с точностью выше 80%.

Неужели нет фундаментального различия людей? Как ни странно, есть: у обитателей Европы примерно 2% генов унаследованы от неандертальцев. А у тех, кто живет южнее и на других континентах этого нет. Впрочем, любителям расовых теорий рано радоваться...

— Доколе будешь ты истреблять наше племя?
Щука торчала из лунки, опершись плавиком на ее край. Слегка повернув голову влево, круглым правым глазом смотрела на Щукина. Как следователь на допросе...