Electronica si Robotica

Noua metoda ofera in mod automat inregistrarea activitatii electrice din interiorul neuronilor din creierul in viata. Accesul la mecanismele interioare ale unui neuron din creierul in viata ofera o multime de informatii folositoare: activitatea electrica, forma, si chiar profilul genetic. Cu toate acestea, realizarea acestui lucru este o sarcina dificila si amanuntita, fiind considerata o arta, astfel ca foarte putine laboratoare din lume o practica.

Acest lucru insa se poate schimba in curand. Cercetatorii de la MIT si Georgia Tech au dezvoltat o modalitate de a automatiza procesul de gasire si inregistrare a informatiilor de la neuroni. Acestia au aratat ca un brat robotic ghidat de un algoritm de detectare a celulelor nervoase poate sa identifice si sa inregistreze cu precizie si rapiditate activitatea acestora. Robotii realizeaza aceasta activitate mai eficient decat un specialist pregatit in acest domeniu.

Noul proces automatizat elimina necesitatea lunilor de training, oferind informatiile mult cautate despre activitatea neuronilor vii. Folosind aceasta tehnica, oamenii de stiinta vor putea clasifica miile de tipuri de celule din creier, vor putea realiza harta conexiunilor dintre ele si vor diferentia cu usurinta celulele bolnave de cele normale. Metoda poate fi folositoare in mod particular in studierea unor boli grave, precum schizofrenia, boala Parkinson, autismul si epilepsia.

Automatizarea

Cercetatorii Kodandaramaiah, Boyden si Forest s-au hotarat sa automatizeze o tehnica veche de 30 de ani, care implica aducerea unei pipete mici din sticla in contact cu membranele celulelor unui neuron, apoi deschiderea unui por mic din membrana pentru a inregistra activitatea electrica din interiorul celulei. Acesta activitate este facuta de un absolvent sau doctorand dupa cateva luni de training.

Kodandaramaiah a invatat timp de 4 luni aceasta tehnica, iar cand s-a simtit suficient de pregatit s-a gandit ca poate sa reduca aceasta munca la un set de activitati stereotipice, care pot fi executate de un robot. In acest scop Kodandaramaiah si colegii sai au construit un brat robotic, care coboara o pipeta din sticla, cu o precizie de ordinul micrometrilor in creierul unui soricel anesteziat. Dupa cum se misca, pipeta monitorizeaza impedanta electrica (- o masura a dificultatii trecerii curentului electric din pipeta). Daca nu exista celule in apropiere, curentul trece, iar impedanta este scazuta. Atunci cand varful atinge o celula, electricitatea nu poate trece usor, iar impedanta este ridicata.

Pipeta efectueaza pasi micrometrici, masurand impedanta de 10 ori pe secunda. Cand detecteaza o celula, se poate opri instantaneu, prevenind astfel patrunderea prin membrana. Aceasta este o activitate pe care numai un robot o poate face.

Cand pipeta gaseste o celula, ea incepe sa aspire pentru a forma un contact cat mai bun cu membrana celulei. Apoi poate patrunde prin membrana pentru a inregistra activitatea interna a celulei. Sistemul robotic poate sa detecteze celulele cu o precizie de 90% si sa stabileasca o conexiune cu celulele detectate, aproximativ 40% din timp.

Cercetatorii au aratat de asemenea ca aceasta metoda poate fi utilizata pentru a determina forma celulei prin injectarea unui colorant; ei lucreaza acum la extragerea continutului unei celule pentru a citi profilul genetic al acesteia.

Karel Svoboda, lider al unui grup din Institutul Medical Howard Hughes crede ca acesta tehnologie va fi adoptata la scara larga.

Noua era pentru Robotica

Cercetatorii lucreaza acum la sporirea numarului de elecrozi pentru a putea inregistra activitatea mai multor neuroni in acelasi timp, activitate care le va permite sa determine cum sunt conectate diferite parti ale creierului.

Ei lucreaza de asemenea impreuna cu colaboratorii pentru a incepe clasificarea miilor de tipuri de neuroni, care se gasesc in creier. Aceasta “lista de piese” pentru creier ar putea identifica neuronii nu numai dupa forma lor, care este cea mai comuna forma de clasificare, dar si dupa activitatea lor electrica si dupa profilul genetic.

Boyden crede ca acesta este doar inceputul folosirii roboticii in stiintele neurologice pentru a studia animalele vii. Un robot ca acesta ar putea fi folosit pentru a livra medicamentele la punctele specifice din creier sau pentru a furniza vectori de terapie genetica. El spera ca va inspira neurologii sa urmareasca si alte tipuri de automatizari robotice.

Neurologia este una dintre ariile biologiei in care robotii pot avea un mare impact.

La editia de anul acesta de la CES (Consumer Electronics Show) specialistii de la Samsung au prezentat un set de jaluzele virtuale, practic un ecran care se monteaza in locul ferestrelor obisnuite. Acest produs este usor de utilizat, printr-o simpla atingere transfomandu-se dintr-un panou transparent in LCD si viceversa.

Denumit Samsung Smart Window, conceptul produs de Samsung ruleaza un sistem de operare propriu si este actionat integral tactil.

Accesul la informatii despre starea vremii si posibilitatea conectarii la retelele sociale sunt doar doua dintre facilitatile pe care acest ecran LCD le ofera utilizatorilor.

Oglinda Cybertecture Mirror a fost conceputa de o companie din Taiwan si este capabila sa interactioneze cu utilizatorul, furnizand informatii utile, precum monitorizarea starii de sanatate, printr-un set de senzori biometrici si comunicand cu computerul si telefonul mobil, la fel ca un asistent personal digital care contribuie la imbunatatirea vietii de zi cu zi. Poate fi folosita intr-un mod activ sau pasiv si poate fi controlata prin telecomanda si/sau smartphone-uri. Cand este folosita intr-un mod pasiv, arata ca o oglinda obisnuita.

Cybertecture Mirror este o oglinda reflectoare, avand programe integrate si un display digital pentru acasa, la birou si chiar pentru spatiile publice (hoteluri, spitale sau magazine). Programele integrate permit afisarea celor mai noi stiri, dar si accesarea unei aplicatii pentru Facebook sau pentru fitness. Are de asemenea un player multimedia si se poate conecta la internet prin wireless. Interfata digitala imbunatateste reflexia cu informatii interactive, care se pot personaliza.

O specie de bacterii, care mananca fier si il transforma in particule magnetice poate construi intr-o zi memoria unui calculator.

Cercetatorii de la Universitatea din Leeds au mizat pe abilitatea naturala a bacteriei Magnetospirillum magneticum, aceea de a manca bucati de marimea unui atom, din fier si de a transforma aceste bucati in niste magneti mici, pe care ii stocheaza in ea insasi. Partile magnetice de dimensiunea nanometrilor sunt asemanatoare cu cele folosite in hard disk-urile de azi. Descoperirea ar putea duce la bacterii care produc componente electronice la comanda.

Studiind limitele procesului de fabricatie traditional observam ca solutia acestei probleme este data chiar de natura. Bacteria Magnetospirillum traieste in bazinele cu apa de mica adancime, care de obicei au mai multe elemente dizolvate in apa. Folosind o proteina speciala, bacteria atrage fierul din apa si construieste bucati mici de magnetit, unul din materialele naturale cu proprietatile magnetice cele mai intense. Ele folosesc magnetit pentru a se alinia cu campul magnetic al pamantului si pentru a se orienta, iar in schimb, acestea sunt ajutate sa gaseasca  zone al caror nivel de oxigen le este pe plac.

Cercetatorii de la Leeds au luat proteina producatoare de fier din bacterii si au aplicat-o intr-un model tip tabla de sah, pe o suprafata de aur. Au scufundat suprafata de aur acoperita de proteina intr-o solutie care continea fier. Cand a fost incalzit, fierul s-a adunat pe proteina in acelasi model de tabla de sah, facand mai multi magneti mici ca si bacteria. Aceasta componenta ar putea fi inceputul unui hard  disk al calculatorului.

Tehnologia hard disk, nu s-a modificat prea mult din anii 1960. Un platou acoperit cu cristale micute metalice care transporta campuri magnetice mici a caror orientare stocheaza biti de date. Pentru a incapea mai multe informatii in ele este necesar ca acele cristale  sa fie facute mai mici, pana la dimensiuni de 10 nanometrii fiecare.

Bineinteles ca hard disk-urile mici sunt minunate, dar un calculator la scara nanometrica are nevoie de fire mici de asemenea. La acesta a lucrat Masayoshi Tanaka de la Universitatea de Agricultura si Tehnologie. In acel caz, cercetatorii au construit fire de doar 40 nanometri in diametru, care au fost acoperite intr-o proteina diferita facuta din celule artificiale. Principiul este similar , dar in acest caz celulele asimileaza fier si elimina mici puncte cuantice inconjurate de un tub de proteina.

Alti oameni de stiinta au demonstrat ca este posibila reducerea dimensiunilor domeniilor magnetice pana la o scara de dimensiuni atomice. O echipa de la Universitatea  din Massachusetts a descoperit ca bacteriile Geobacter, bacteria reducatoare de sulf poate face filamente conductoare. Ambele planuri (al lui Staniland si cel al lui Tanaka) de a studia proteinele detaliat pentru a intelege cum lucreaza ele, ar putea conduce la metode mai ieftine si mai eficiente pentru construirea computerelor de marime nanometrica.

Robotii zburatori sunt frecventi in zilele noastre, de la avioane militare pana la elicoptere, care danseza in aer. Pana acum nici unul dintre ele nu era capabil sa-si intinda aripile si sa se aseze pe mana unui persoane. Profesorul Soon-Jo Chung si cercetatorul Aditya A, de la Universitatea Illinois au proiectat o pasare asemanatoare unui avion care aterizeaza cu precizie. Majoritatea aeronavelor si a robotilor, fie zboara ca un elicopter, fie ca un avion. Avioanele aterizeaza incetinind, pierzand astfel din altinudine, dar in cazul in care incetinesc prea mult, acestea se prabusesc.

Pasarile sunt diferite. Pentru a ateriza, pasarile aluneca spre un punct de aterizare, dupa care se trag in sus brusc. In acelasi timp, pasarile coboara incet, dar de asemenea urca rapid. Spre deosebire de avioane, pasarile nu au cozi verticale, asa ca se folosesc de aripi pentru a se stabiliza. Un avion care poate zbura ca o pasare este capabil sa aterizeze intr-un anumit loc si poate zbura din nou. Aripile pasarilor spre deosebire de cele fixe pot fi reorientate.

Alti specialisti au avut idei si studii similare, dar nimeni nu a reusit sa construiasca un robot care sa copieze miscarea aripilor pasarilor. Chung si colaboratorul sau au reusit sa demonstreze ca acest robot (pasare-avion) zboara pe o distanta scurta si aterizeaza cu exactitate pe mana unui om. Intr-o lucrare asociata, ei spun ca aceasta capacitate poate fi utila pentru robotii mici, care trebuie sa zboare in jurul unei persoane.

Conform statisticilor, in fiecare an in supermarket-uri, 10% din totalul fructelor si legumelor se deterioreaza. Profesorul de chimie, Timothy Swager, impreuna cu studentii sai au studiat posibilitatea reducerii acestor pierderi, care ar ajuta enorm atat magazinele, cat si distribuitorii de produse alimentare. Noii senzori pot detecta micile cantitati de etilena, substanta care se regaseste in plantele ajunse la maturare. Profesorul Swanger crede ca in viitor, senzorul va fi atasat la cutiile cu produse, iar scanarea cu un dispozitiv portabil va determina cu exactitate gradul de maturare al acestora.

Hrana este foarte importanta, iar o mai buna monitorizare a produselor alimentare, care are ca rezultat reducerea pierderilor, reprezinta un domeniu de interes. Deasemenea studiile lui Swager se indreapta si spre detectare in produse a  mucegaiului si a bacteriilor, dar ca principal obiectiv ramane etilena, un hormon natural de maturare. Plantele secreta cantitati variabile de etilena pe tot parcursul procesului de maturare. Distribuitorii de fructe si legume incearca sa incetineasca acest proces prin mentinerea nivelurilor de etilena foarte scazute in depozitele lor. Aceasta metoda insa este foarte costisitoare.

Detectarea maturarii plantelor

Senzorul este format dintr-o serie de zeci de mii de nanotuburi de foi de carbon laminate in forma de cilindri, care actioneaza ca “super-autostrazi” pentru fluxul de electroni. Pentru ca cilindrii sa detecteze etilena, acestia au fost modificati. Cercetatorii au adaugat atomi de cupru care servesc la incetinirea fluxului de electroni. Atomii de cupru incetinesc foarte putin electronii, dar prin prezenta etilenei acestia incetinesc considerabil. Pentru a face dispozitivul mai sensibil, cercetatorii au adaugat margele mici de polistiren, care absorb etilena si o concentreaza in apropierea nanotuburilor de carbon. Cu cea mai recenta versiune a dispozitivului, se pot masura chiar si concentratii de 0.5 la un milion, concentratia necesara pentru coacerea fructelor fiind cuprinsa intre 0.1-1 la un milion. Senzorii au fost testati pe mai multe tipuri de fructe si au reusit sa determine cu precizie gradul de maturare, masurand cantitatea de etilena prezenta in fruct. Timothy Swager spera sa deschida o companie care sa comercializeze  senzorii. In proiectele viitoare, el planuieste sa adauge un cip de identificare prin radio-frecventa  la senzori pentru a comunica wireless cu un dispozitiv portabil. Sistemul va fi foarte ieftin, 25 de centi pt nanotuburile de carbon si 75 de centi pentru cipuri.

Ce s-ar intampla daca in timpul unei plimbari in oras, ne-am aminti de o lucrare importanta care ar fi trebuit trimisa? Dar daca avem o curiozitate greu de stapanit? Un ajutor de nadejde ar fi in acest caz internetul.

Ideea plasarii unor retele WI-FI in pietrele de pe trotuar, apartine unei companii spaniole care se ocupa cu proiectarea pietrelor de pavaj. Pietrele , care au fost numite iPavement sunt conectate la cabluri de 1000 wati si contin un microprocesor cu memorie de 5GB, care se va conecta prin dispozitive Bluetooth sau Wi-Fi pentru a oferi acoperire. IPavement furnizeaza si aplicatii bazate pe cloud, care ofera informatii cu privire la locatie. Deasemenea, prin aceste aplicatii va sunt recomandate restaurantele sau locurile pentru shopping aflate in apropierea locului unde va aflati. Alertarea utilizatorilor cu privire la pericolele rutiere sau obstacolele de pe trotuar reprezinta o alta facilitate a acestor aplicatii.

Pentru a asigura o acoperire perfecta este recomandat ca pietrele iPavement sa fie situate la distante mai mici de 20 de metri.

Proiectat de profesionistii care au lucrat si la dezvoltarea iPod-ului, acest dispozitiv foloseste un algoritm dinamic si are ca scop reducerea cosiderabila a consumului de energie. In primele zile de la montare, utilizatorul trebuie sa stabileasca temperatura minima si maxima. Mai mult decat atat, Nest este capabil sa retina programul zilnic al utilizatorului, astfel, cand casa este libera, acesta opreste automat furnizarea de caldura sau aer conditionat. Schimbarea ulterioara a optiunilor va duce la intelegerea comportamentului si aplicarea lui automata.

Foarte important este si faptul ca acest dispozitiv poate fi conectat la retelele WI-FI, astfel nu numai ca determina singur temperatura, dar accepta si comenzi de la distanta, prin telefon sau de la calculator.

Acest dispozitiv inteligent se vinde impreuna cu una dintre cele mai indraznete promisiuni, reducerea costurilor cu 20-30% la pretul de 250 de dolari.