Ветряное электричество на бактериях

30.07.2016

Докторант Тайлер Шендрук (Tyler Shendruk) и его коллеги из Оксфордского университета создали виртуальную модель миниатюрной "ветряка", которая вместо энергии ветра использует для своей работы поток движущихся бактерий кишечной палочки (E.coli).

Ученые смоделировали на компьютере плавание бактерий в жидкой питательной среде (агаре). После чего виртуально "поместили" в центр этой жидкости вращающийся на оси диск-ротор. Поскольку бактерии движутся хаотично, диск также двигался случайным образом, поворачиваясь то в одну сторону, то в другую.

Однако когда в ту же жидкость поместили уже несколько дисков, расположенных рядами, через равные промежутки друг от друга (на всякий случай еще раз напомним, что все это происходило в рамках компьютерной модели), характер их вращения внезапно стал стабильно упорядоченным. А именно, каждый ротор постоянно вращался в одном и том же направлении - по часовой стрелке или против, - причем направления вращения соседних дисков всегда были противоположными.

Шендрук с коллегами объяснили это тем, что бактерии образовали с дисками самоорганизующуюся систему. Каждый ротор стал центром обтекающего его со всех сторон потока бактерий, который движется всегда в одну сторону (отсюда и противоположность вращения соседних дисков). Можно сказать, что другого выхода у кишечных палочек и не было, ведь в противном случае их движение вообще бы остановилось.

Аналогичные процессы самоорганизации клеток, пишет Шендрук в своей статье, часто наблюдаются и в многоклеточных живых организмах - особенно в растущих тканях, когда масса клеток организованно движется в одно и то же место. "Это спонтанное, но слаженное действие", - отмечает ученый.

В целом, значение данной работы состоит не только в создании эффектной модели, демонстрирующей один из важнейших биологических принципов. Конечно, вырабатывать так энергию едва ли целесообразно, однако полученные результаты могут также помочь инженерам в разработке механизмов, включающих живые клетки. Такие механизмы уже разрабатываются: например, это похожий на ската робот, которого приводят в движение клетки сердечной мускулатуры.

<< Назад: В вены человека запустят нанороботов 30.07.2016

>> Вперед: Больше мозг - выше риск психических заболеваний 29.07.2016

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Энергия падающей капли воды 08.02.2020 В Городском университете Гонконга (CityU) создан электрогенератор, основанный на новом перспективном способе преобразования энергии воды и отличающийся высокой эффективностью благодаря использованию структуры наподобие полевого транзистора. Вода, покрывающая около 70% поверхности Земли, таит в себе огромный потенциал незадействованной человеком энергии. Ограничения современных технологий не позволяют эффективно преобразовывать в электричество низкочастотную кинетическую энергию, которая присутствует в волнах, приливах и даже в каплях дождя. На преодоление проблемы малой эффективности команда CityU потратила два года исследований. В итоге, моментальная плотность энергии их капельного генератора DEG (Droplet-based Electricity Generator) может достигать 50,1 Вт/м2, что в тысячи раз выше, чем у подобных устройств без структуры FET. Существенно возросла и эффективность преобразования энергии. Одна капля воды объемом 100 микролитров, падающая с высоты 15 см на поверхность пластины электретного материала PTFE, позволяет DEG генерировать напряжение более 140 вольт, достаточное, чтобы зажечь сотню небольших светодиодных ламп. Устройство состоит из двух электродов: алюминиевого и ITO с нанесенной на него пленкой PTFE. Электрод PTFE/ITO отвечает за генерирование заряда его хранение и индукцию. Когда капля воды ударяется о поверхность PTFE/ITO и растекается по ней, она соединяет оба электрода и образует замкнутую электрическую цепь, высвобождающую накопленный заряд в виде электрического тока. Ученые надеются, что результаты их исследования помогут найти ответ на глобальную проблему нехватки возобновляемой энергии и будут способствовать устойчивому развитию мира. В долгосрочной перспективе новая конструкция может быть применена к различным поверхностях, где жидкость контактирует с твердым веществом: от корпуса паромов, до зонтов или даже внутренней поверхности бутылок с водой.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025