keskiviikko 28. elokuuta 2013

Perhosen siivissä on huipputekniikkaa


Käyttämällä hyväksi perhosen siiven hämmästyttäviä ominaisuuksia tutkijat ovat kehittäneet uuden nanobiokomposiittimateriaalin, jota voidaan käyttää puettavassa elektroniikassa, erittäin herkissä valoantureissa sekä pitkäikäisissä akuissa. Tutkimusraportti on julkaistu ACS Nano-tiedelehdessä.

Morfoperhonen. (Kuva: iStockphoto/Thinkstock )

Tutkija Eijiro Miyako kollegoineen kertoo, että morfoperhosen (Morpho) siipien luonnolliset ominaisuudet ovat nykyteknologian tavoittamattomissa. Keveyden lisäksi ne ovat ohuita ja joustavia, ne absorboivat auringon valoenergiaa, varistavat veden nopeasti ja ovat itsepuhdistuvia.

Miyakon tutkimusryhmä on työskennellyt hiilinanoputkien kanssa (carbon nanotube, CNT) ja he ihastuivat niiden ainutlaatuisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin. He keksivät yhdistää CNT:t ja perhosen siiven saaden aikaiseksi uuden hybridimateriaalin.

Tutkijat kertovat kasvattavansa hiilinanoputkista hunajakennomaisen rakenteen perhosen siipeen.Tuloksena on komposiittimateriaali, joka voidaan aktivoida laserilla. Materiaali kuumenee nopeammin kuin alkuperäiset materiaalit erikseen, se johtaa hyvin sähköä ja sen pinnalle voidaan kopioida DNA:ta.

"Tutkimuksemme korostaa merkittävää edistystä älykkäiden nanobiomateriaalien kehityksessä," tutkijat toteavat.

Tutkijat ovat kehittäneet älykkään nanobiokomposiittimateriaalin. Komposiittikokonaisuus ja siihen kuuluvat hiilinanoputket ovat siis älykkäitä materiaaleja, koska niiden kehittämiseen on käytetty älykästä suunnittelua. Varsinainen kokoonpanoalusta (perhosen siipi), jota ei nykyteknologian keinoin osata älykkäästi valmistaa, on vallitsevan tieteellisen käsityksen mukaan älytön materiaali, koska sen uskotaan syntyneen sattumalta ilman älykästä suunnittelijaa.

Karvakuono nostaa tupeeta Eijiro Miyakon työryhmälle, koska se avoimesti tunnustaa perhosen siiven kunnioitettavat tekniset ominaisuudet.


Lähde.

http://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2013/acs-presspac-august-28-2013/butterfly-wings-plus-carbon-nanotubes-equal-new-nanobiocomposite.html

tiistai 27. elokuuta 2013

Uusi työkalu geenimutaatioiden etsintään


Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt uuden ohjelmistotyökalun ihmisen geenimutaatioiden etsintään. DeNovoGear-ohjelmisto käyttää käyttää tilastollista todennäköisyyttä mutaatioiden tunnistamisessa ja se entistä tarkemmin osoittaa mutaation lähteen sekä ennustaa sen terveysvaikutuksen.

Vasemmassa yläkuvassa on useaan lukukertaan perustuvat geenisekvensoinnin tulokset äidiltä, isältä ja tyttäreltä. Kumpaakin vanhempaa pidetään homozygoottina eli he kantavat kahta samanlaista kopiota tietystä emäksestä, (AA). Tyttären sekvensointi paljastaa heterozygotian samassa paikassa (AC), mikä osoittaa uutta (de novo) mutaatioita, vaikka uusi ohjelmisto ennustaa hyvin pientä todennäköisyyttä mutaatiolle tässä paikassa, viittaen väärään positiiviseen tulokseen (oikea yläkulma). Alemmat kuvat osoittavat epäonnistunutta heterozygotian tunnistamista lapsessa, jolloin seurauksena on väärä negatiivinen tulos (uusi mentelmä ennustaa suurta todennäköisyyttä mutaatiolle tässä paikassa). 

Uutta menetelmää käytetään sairauksia aiheuttavien mutaatioiden tunnistamisessa. Eräs genetiikan tavoitteista on geenimuutosten havaitseminen ja muutosnopeuden määrittäminen. Tällä hetkellä tutkimuksessä keskitytään etsimään uusia (de novo) mutaatioita, joita ei ole peritty kummaltakaan vanhemmalta.

Evoluution sanotaan muodostavan biologian perustan. Evoluutio perustuu mutaatioista aiheutuvaan muunteluun. Tässä uutisessa ei sanallakaan viitata evoluutioon, vaan mutaatiot liitetään ainostaan sairauksiin. Miksi mutaatioita koskevat uutiset liittyvät aina sairauksiin eivätkä koskaan evoluutioon, vaikka minkä tahansa eliön kehittyminen olisi vaatinut miljoonia mutaatioita?


Lähde:

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-08/asu-nte082313.php

perjantai 23. elokuuta 2013

Tutkijat ovat valmistaneet puolisynteettisiä aurinkokerääjiä


Washingtonin yliopiston johtama tutkimusryhmä on valmistanut puolisynteettisiä aurinkokerääjiä, jotka ovat tehokkaampia valoenergian kerääjiä kuin luonnon antennikompleksit.

Proteiineista valmistettu testipenkki. (Kuva: Hunter/Holten/Parc)

Käyttämällä purppurabakteerien antennikomplekseja esikuvina tutkijat ovat valmistaneet proteiineista rengasmaisen testipenkin (testbed), jota voidaan käyttää antennikompleksien prototyyppien kehittämisessä. Testipenkkiin voidaan kiinnittää valoenergiaa absorboivia pigmenttimolekyylejä. Testipenkki sisältää myös purppurabakteerilta lainattuja komponentteja.

Tutkijoiden valmistamat puolisynteettiset antennit ovat tehokkaampia valoenergian kerääjiä kuin luonnon antennikompleksit ja niiden kokoonpano on myös paljon helpompaa kuin kokonaan synteettisten antennien valmistaminen. Niissä yhdistyy suunnittelijoiden oivallukset ja luonnon molekyylikoneiden parhaat ominaisuudet.

Tutkija Jonathan Lindsey kertoo, että ottamalla mallia luonnon pigmenttimolekyyleistä, on mahdollista suunnitella uusia pigmenttimolekyylejä, jotka on räätälöity absorboimaan tiettyä aallonpituutta.

"Ottamalla paljon materiaalia luonnosta, me voimme valmistaa monimutkaisempia molekyylejä kuin mikäli aloittaisimme puhtaalta pöydältä," Lindsey sanoo.

Tässäkin tapauksessa suunnittelijoiden on parempi turvautua sattumaan kuin vain omaan älyynsä.


Lähde:

https://news.wustl.edu/news/Pages/25670.aspx

maanantai 19. elokuuta 2013

Sudenkorennon näkö robotiikan mallina


Adelaiden yliopiston tutkijat ovat löytäneet sudenkorennon aivoista uuden monimutkaisen näkökykyyn liittyvän mikropiirin, joka saattaa tulevaisuudessa auttaa parantamaan robottien näköjärjestelmää. Tutkimus on julkaistu The Journal of Neuroscience-tiedelehdessä.

Adelaiden yliopiston tutkija tohtori Steven Wiederman pitää kädessään sudenkorentoa. (Kuva: David O'Carroll)

Tohtori Steven Wiederman ja apulaisprofessori David O'Carroll ovat Adelaiden yliopiston neurotieteiden keskuksessa tutkineet hyönteisten näkökykyä ja soveltaneet havaintojaan robotiikassa ja konenäköjärjestelmissä.

Heidän tuoreimman havaintonsa mukaan sudenkorennon aivot yhdistävät vastakkaiset  ON- ja OFF- hermoväylät  käsitellessään informaatiota yksinkertaisista tummista kohteista.

"Monien eläinten aivot käyttävät kahta itsenäistä hermoväylää - ON ja OFF - tunnistaessaan vaaleita ja tummia alueita sisältävän kohteen ääriviivat," kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja tohtori Wiederman.

"Useimmat eläimet käyttävät ON- tai OFF-väylien yhdistelmää aina tilanteen mukaan, mutta me osoitimme, että sudenkorento käyttää molempia yhdistelmiä samanaikaisesti. Tämä tapahtuu, kun kohteena on yksinkertaisen tumman objekti, joka voisi olla potentiaalinen saalis."

"Vaikka me löysimme tämän näkökykyyn liittyvän mikropiirin sudenkorennosta, niin on mahdollista, että sellainen on myös monissa muissa eläimissä."

"Havaitsimme, että sudenkorennon kyky havaita tummia liikkuvia kohteita perustuu vastakkaista kontrastia välittävien hermoväylien korrelaatioon," Wiederman sanoo.

"Sudenkorennon aivoissa tapahtuvan prosessoinnin yksityiskohtien selvittäminen auttaisi kehittämään konenäön hahmontunnistamista."

Tutkijat yrittävät rakentaa robottisudenkorennon, jonka näköjärjestelmä jäljittelee sudenkorennon näkökykyä.

"Itsenäisen robottisudenkorennon katseleminen olisi hyvin jännittävää," Wiederman toteaa.

Luonnossa on kehitysopin mukaan syntynyt sattumalta erittäin monimutkaisia järjestelmiä, jotka ovat teknisesti huomattavan paljon edistyneempiä kuin parhaiden insinööriemme tuotokset. Insinöörit ovat onneksi havainneet tämän ja he yrittävät innokkaasti jäljitellä näitä luonnon mestariteoksia. Niidenkin katseleminen ja tutkiminen on hyvin jännittävää.


Lähde:

http://www.adelaide.edu.au/news/news63842.html


torstai 15. elokuuta 2013

Galakseilla oli kypsät muodot jo varhain


Massachusetts Amherts yliopiston tutkijat ovat havainneet, että kypsiltä näyttäviä galakseja oli olemassa jo hyvin varhain maailmankaikkeuden historiassa, ja paljon aikaisemmin kuin on tähän asti tiedetty. Tutkimus on julkaistu The Astrophysical Journal-tiedelehdessä.

Kuvassa on kehitysopin mukaan 11 miljardin vuoden siivu maailmankaikkeudesta. (Kuva: NASA, ESA, M. Kornmesser)

Uuden tutkimuksen mukaan kypsiltä näyttäviä galakseja oli olemassa jo 11,5 miljardia vuotta sitten eli n. 2,5 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Nämä galaksit sopivat Edwin Hubble:n kehittämään galaksien luokittelujärjestelmään (Hubble Sequence).

Tutkijat analysoivat yhteensä 1671 galaksia, joiden oletetaan edustavan 80 % maailmankaikkeuden olemassaoloon kuluneesta ajasta. Havaintoihin käytettiin Hubble-avaruusteleskoopissa olevia erikoiskameroita ja laitteita (WFC3, ACS ja CANDELS).

Tutkija Mauro Giavalisco kertoo, että Hubblen järjestelmän mukaisia galakseja oli olemassa jo hyvin varhain maailmankaikkeuden historiassa eikä niiden syntyminen ollut hidas prosessi. "Nyt meidän on palattava teorian pariin ja selvitettävä miten ja miksi tämä tapahtui," Giavalisco kysyy.

Se on hyvä kysymys. Mutta ei sitä paljon tarvitse miettiä. Kaikella alkavalla tai alkaneella on alkusyy. Alkusyyllä ei ole alkua. Se on.

Tämä uusi havainto on sopusoinnussa kehitysopin epätarkkuuperiaatteen kanssa. Se ei ole mitään uutta ja ihmeellistä.



Lähde:

http://www.newswise.com/articles/galaxies-had-mature-shapes-11-5-billion-years-ago


torstai 8. elokuuta 2013

Hyönteisillä on tarkka lämpömittari


Brandeis yliopiston tutkijat ovat havainneet hyönteisissä ennen tuntemattoman lämpötila-anturin, joka liittyy maku-ja hajuaistiin. Tutkimus on julkaistu Nature-tiedelehdessä.

(Kuva: Paul Garrity)

Eläimet tarvitsevat elääkseen ja lisääntyäkseen juuri oikean ympäristön lämpötilan. Liian lämpimässä ne kuumenevat ja liian kylmässä ne paleltuvat. Brandeis yliopiston mukaan eläimet ovat kehittäneet erittäin herkkiä lämpötila-antureita havaitakseen niille sopivan verrattain kapean lämpötila-alueen. Tähän asti tutkijat ovat tienneet hyvin vähän näiden antureiden toiminnasta.

Brandeis yliopiston tutkijat ovat havainneet hedelmäkärpäsessä aikaisemmin tuntemattomia molekulaarisia lämpötila-antureita, jotka kuuluvat samaan proteiiniperheeseen kuin maku-ja hajuaistin muodostavat proteiinit.

Hyttyset näyttävät aina pistävän juuri siihen kohtaan, jossa on eniten verta. Tämä johtuu siitä, että nämä alueet ovat lämpimimpiä, professori Paul Garrity kertoo.

"Mikäli hyttysen lämpötila-anturi voidaan löytää, niin silloin on mahdollista valmistaa tehokkaampia karkottimia tai ansoja," Garrity sanoo.

Nämä nyt löydetyt uudet anturit kuuluvat makureseptorien proteiiniperheeseen, joita on tutkittu jo vuosikymmenen ajan, mutta joita ei tähän asti ole osattu yhdistää lämpötilan mittaamiseen. Aikaisemmin makureseptorien on todettu antavan hyönteisille kyvyn aistia mm. hiilidioksidia ja sokeria.

Hedelmäkärpäsen Gr28b makureseptori toimii kuitenkin lämpötila-anturina eikä maku- tai hajuaistina. Se myös laukaisee nopean toiminnon, mikäli ympäristön lämpötila nousee liian korkeaksi.

Tutkijat havaitsivat lisäksi, että hedelmäkärpäsillä on erilliset lämpötila-anturit sisäisen ja ulkoisen lämpötilan mittaamiseksi.

Eläimet ovat eteviä. Ne ovat kehittäneet lämmönsiirtojärjestelmän ja lämpötila-antureita, joista moni insinöörikin saisi onnistumisen elämyksiä. Entä millaisia hedelmäkärpäset ja hyttyset olivat, kun niiden anturijärjestelmä oli vielä kehitysvaiheessa? Ainakin ihmiset olisivat silloin olleet tyytyväisiä seuratessaan eksyneiden hyttysten epätoivoista ravinnonetsintää.



Lähde:

http://www.brandeis.edu/now/2013/august/nature.html


lauantai 3. elokuuta 2013

Energiatehokkaat ikkunat jäljittelevät luontoa


Luonto, joka kehitysopin mukaan on tullut olevaiseksi ilman suunnittelua, kelpaa esimerkiksi monille suunnittelijoille. Toronton yliopiston suunnittelun professori on suunnitellut energiatehokkaan ikkunan luontoa jäljittelemällä.


A: Uuden komposiitti-ikkunan rakenne. B: PDMS-kalvon kanavaverkosto

Professori Ben Huttonin suunnittelema uusi ikkuna koostuu tavallisesta ikkunasta, jonka päälle on liimattu ohuita kanavia sisältävä läpinäkyvä polydimetyylisiloksaanikalvo (polydimethylsiloxane, PDMS). Kalvon kanavissa virtaa huoneen lämpöistä vettä, joka toimii lämmönsiirtäjänä. Talvella järjestelmä vähentää lämpöhukkaa ja kesällä se toimii jäähdyttimenä. Tekniikalla on kokeissa saavutettu 7-9 asteen jäähdytysteho.

PDMS-kalvossa oleva kanavaverkosto jäljittelee eläimien verenkiertojärjestelmää, joka toimii myös tehokkaana lämmönsäätelijänä.

Ikkunoissa kiertävän veden keräämää lämpöä voidaan myös hyödyntää talon lämmitysjärjestelmässä tai lämpimän käyttöveden tuottamisessa.

"Päinvastoin kuin ihmisen suunnittelmat lämmönsäätelyjärjestelmät, elävät organismit ovat kehittäneet kokonaan toisenlaisen ja erittäin tehokkaan lämmönsäätelyjärjestelmän, joka perustuu verisuoniverkostoon. Verisuonet laajenevat tai supistuvat ympäristöolosuhteiden mukaan," Hutton kertoo.

Huttonin mukaan eläimet ovat itse kehittäneet verenkiertojärjestelmänsä. Eläimet ovat siis parempia suunnittelijoita kuin ihminen, joka tyytyy vain matkimaan niitä.


Lähde:

http://www.engineering.utoronto.ca/About/Engineering_in_the_News/Bio-inspired_Design_May_Lead_to_More_Energy_Efficient_Windows.htm