Время прочтения - 6 мин.
Нобелевские премии этого года вручены за мРНК-вакцины и наблюдение за электронами. Искусственный интеллект (ИИ) проектирует робота за считанные секунды. Экзокостюм из корейского университета Чунг-Анг делает спринтеров еще быстрее.
Вакцины против COVID и аттосекунды
На этой неделе Шведская королевская академия наук объявляет Нобелевских лауреатов за 2023 год, и уже известны победители в номинациях — медицина и физика.
Медицинская премия этого года присуждена американке венгерского происхождения Каталин Карико и американцу Дрю Вайсману за исследования, позволившие создать мРНК-вакцины против COVID-19, сыгравшие решающую роль в замедлении пандемии.
Нобелевский комитет заявил, что «новаторские открытия этой пары... фундаментально изменили наше понимание того, как мРНК взаимодействует с нашей иммунной системой».
Если ранее для изготовления вакцин требовалось выращивать вирусы или их фрагменты, то подход с использованием информационной РНК начинается с фрагмента генетического кода, содержащего инструкции по созданию белков. Если правильно подобрать вирусный белок, то организм превратится в мини-фабрику по производству вакцин.
Сейчас этот поход ученые пытаются применить для борьбы с раком и другими неизлечимыми пока заболеваниями.
Лауреатами премии по физике стали французско-шведский физик Анна Л'Юлье, француз Пьер Агостини и уроженец Венгрии Ференц Крауш за изучение движения электронов. Причем, Л'Юлье из Лундского университета в Швеции стала пятой женщиной, получившей Нобелевскую премию по физике.
Лауреаты Нобелевской премии по физике 2023 года. Пьер Агостини, Ференц Краш и Анна Л'Юлье
Ученые независимо друг от друга использовали лазерные импульсы, чтобы уловить движение частиц, происходящее за одну квинтиллионную долю секунды (квинтиллион — единица с 18 нулями). Это число также называется аттосекунда.
«Электроны — очень быстрые, и они действительно являются рабочей силой повсюду. Как только вы сможете управлять электронами и понимать их, вы сделаете очень большой шаг вперед», — утверждает член Нобелевского комитета Матс Ларссон.
«Электроны — это клей между атомами, с помощью которого они образуют молекулы, и эти молекулы являются мельчайшими функциональными строительными камнями каждого живого организма», — заявил на пресс-конференции Ференц Крауш.
В настоящее время фундаментальные исследования, которыми занимаются нынешние лауреаты, направлены на изучение законов Вселенной, но рано или поздно они найдут практическое применение в электронике, диагностике заболеваний и базовой химии.
Экзокостюм для бегунов
В настоящее время в мире проектируется достаточно много нательных приспособлений, расширяющих физические возможности человека. Некоторые из них помогают людям с ограниченными возможностями ходить. Другие предназначены для увеличения веса передвигаемых тяжестей. Ученые из университета Чунг-Анг в Южной Корее разработали экзокостюм, помогающий бегунам быстрее преодолевать короткие дистанции.
Он состоит из рюкзака с силовым агрегатом, который оказывает давление на кабели, идущие вниз по каждому бедру. При каждом шаге прикрепленный трос сжимается, вытягивая заднюю ногу вперед быстрее, чем обычно.
Экзокостюм весит всего лишь 4,4 кг и снабжен датчиками, подключенными к компьютеру, для обработки информации о походке. Это позволяет автоматически синхронизировать шаги во время бега.
Команда протестировала свою разработку, попросив бегунов-любителей совершить два забега на 200 метров — в костюме и без него. Исследователи обнаружили, что ношение экзокостюма позволяет сократить время преодоления дистанции в среднем на 0,97 секунды.
Сейчас разработчики сократили вес приспособления до 2,5 кг и хотят протестировать его на профессиональных спринтерах.
Мгновенная эволюция
Человек проектирует роботов по своему образу и подобию, однако ИИ может делать это без оглядки на человеческий опыт и гораздо быстрее.
Команда, возглавляемая исследователями Северо-Западного университета (Northwestern), расположенного в пригороде Чикаго, разработала первый на сегодняшний день ИИ, который может разумно проектировать роботов с нуля.
Чтобы протестировать модель, ученые дали системе простую подсказку: спроектируйте робота, который сможет ходить по плоской поверхности. И хотя природе потребовались миллиарды лет, чтобы создать первый шагающий вид, новый алгоритм справился с заданием за считанные секунды.
«Мы обнаружили очень быстрый алгоритм проектирования, управляемый ИИ, который обходит пробки эволюции, не прибегая к предвзятости дизайнеров-людей», — утверждает Сэм Кригман из Northwestern, возглавлявший этот проект.
Компьютер стартовал с блока размером с кусок мыла. Он мог покачиваться, но не мог ходить. Зная, что цель еще не достигнута, ИИ быстро переработал дизайн.
На каждой итерации ИИ оценивал свою конструкцию, выявлял недостатки и обновлял его структуру. Постепенно, смоделированный робот мог подпрыгивать на месте, затем прыгать вперед и шаркать ногами.
После девяти попыток ИИ удалось создать робота, который мог проходить половину длины своего тела в секунду, что составляет примерно половину скорости среднего человеческого шага.
Весь процесс проектирования — от бесформенного блока с нулевым движением до полноценного шагающего робота — занял на ноутбуке всего 26 секунд.
При этом сгенерированный ИИ проект робота оказался не похож ни на одно живое существо, когда-либо ходившее по земле. У него было 3 ноги, плавники вдоль спины, плоское лицо, и он был пронизан отверстиями.
Чтобы проверить, сможет ли смоделированный робот ходить, Кригман и его команда напечатали на 3D-принтере слепок негативного пространства вокруг тела робота. Затем они залили форму жидким силиконовым каучуком и оставили на пару часов. Когда команда вытащила затвердевший силикон из формы, он оказался мягким и гибким.
Далее исследователи наполнили резиновый корпус робота воздухом, заставив его три ноги расшириться. Когда воздух выходил из тела робота, ноги сжимались. Постоянно нагнетая воздух в робота, он расширялся и сжимался, вызывая медленное, но устойчивое движение. Ученые не скрывают, что они очарованы придуманным ИИ дизайном.
«Когда люди проектируют роботов, мы склонны делать это так, чтобы они выглядели как знакомые объекты. Но ИИ может создавать новые варианты, о которых люди даже не задумывались. Он может помочь нам думать и мечтать по-другому, а также решить некоторые из самых сложных проблем, с которыми мы сталкиваемся», — считает Сэм Кригман.
Источники: Phys.org, MedicalXpress, TechXplore
Подпишись на наш телеграм канал
только самое важное и интересное
