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Como os sólitons distorcem o tempo, o espaço e as regras

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Como os sólitons distorcem o tempo, o espaço e as regras

Os sólitons topológicos, que são parte integrante de vários processos naturais e tecnológicos, estão a ser aproveitados através de interações não recíprocas para inovação na ciência dos materiais e na robótica, oferecendo novas possibilidades de locomoção autopropulsada e funcionalidade avançada. Crédito: SciTechDaily.com

Se anda como uma partícula e fala como uma partícula… provavelmente não é uma partícula. Um sóliton topológico é um tipo especial de onda ou deslocamento que se comporta como uma partícula: pode se mover, mas não pode se espalhar e desaparecer como seria de esperar, por exemplo, de uma ondulação na superfície de um lago. Em um novo estudo publicado em naturezaPesquisadores da Universidade de Amsterdã demonstraram o comportamento incomum de isolamentos topológicos em um metamaterial robótico, algo que poderá ser usado no futuro para controlar como os robôs se movem, sentem o que os rodeia e se comunicam.

Isolados topológicos podem ser encontrados em muitos lugares e em muitas escalas de comprimento diferentes. Por exemplo, eles assumem a forma de dobras Os fios telefônicos estão enrolados E moléculas grandes, como proteínas. Numa escala completamente diferente, A Buraco negro Pode ser entendido como um sóliton topológico na estrutura do espaço-tempo. Os solitons desempenham um papel importante nos sistemas biológicos, estando relacionados aos organismos vivos Dobramento de proteínas E Morfologia – Desenvolvimento de células ou órgãos.

As características únicas dos sólitons topológicos – que podem se mover, mas sempre mantêm sua forma e não podem desaparecer repentinamente – são particularmente interessantes quando combinadas com as chamadas interações não recíprocas. “Nesta interação, o fator A interage com o fator B de forma diferente da forma como o fator B interage com o fator A”, explica Jonas Veenstra, estudante de doutoramento na Universidade de Amesterdão e primeiro autor da nova publicação.

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“As interações não recíprocas são comuns na sociedade e nos sistemas vivos complexos, mas têm sido ignoradas há muito tempo pela maioria dos físicos porque só podem existir num sistema fora do equilíbrio”, continua Veenstra. Ao introduzir interações não recíprocas nos materiais, esperamos remover as fronteiras entre materiais e máquinas e criar materiais vivos ou semelhantes à vida.

O Laboratório de Materiais Automatizados onde Veenstra conduz suas pesquisas é especializado em design metamateriais: Materiais artificiais e sistemas robóticos que interagem com seu ambiente de forma programável. A equipa de investigação decidiu estudar a interação entre interações não recíprocas e isolamentos topológicos há quase dois anos, quando os estudantes Anahita Sarvi e Chris Ventura Minnersen decidiram prosseguir o seu projeto de investigação para o curso de mestrado “Habilidades Académicas para Investigação”.

Soluções robóticas de metamateriais

O metamaterial robótico soliton e anti-soliton fica na fronteira entre as seções inclinadas para a esquerda e para a direita da cadeia. Cada haste azul é conectada às suas vizinhas com elásticos rosa, e há um pequeno motor sob cada haste que torna as interações entre as hastes adjacentes não recíprocas. Crédito: Jonas Veenstra/UvA

Soliton se move como um dominó

O metamaterial hospedeiro soliton desenvolvido pelos pesquisadores consiste em uma série de hastes rotativas ligadas entre si por faixas elásticas – veja a figura abaixo. Cada haste é montada em um pequeno motor que aplica uma pequena força à haste, dependendo de como ela está orientada em relação aos vizinhos. Mais importante ainda, a força aplicada depende de qual lado o vizinho está, tornando as interações entre as barras adjacentes não recíprocas. Finalmente, os ímãs nas barras são atraídos por ímãs colocados próximos à corrente, de modo que cada barra tenha duas posições preferidas, giradas para a esquerda ou para a direita.

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Os isolados encontrados neste metamaterial são os locais onde as partes giratórias esquerda e direita da cadeia se encontram. Limites complementares entre seções de cordas giradas para a direita e para a esquerda são chamados de antisólitons. Isso é semelhante às torções nos fios telefônicos enrolados à moda antiga, onde seções de fio que giram no sentido horário e anti-horário se encontram.

Quando os motores em série são desligados, os sólitons e contra-solidões podem ser acionados manualmente em qualquer direção. No entanto, uma vez que os motores – e, portanto, as interações mútuas – são acionados – os sólitons e anti-sólons deslizam automaticamente ao longo da cadeia. Ambos se movem na mesma direção, a uma velocidade determinada pela propriedade de não reciprocidade imposta pelos motores.

Feenstra: “Muitas pesquisas se concentraram em mover sólitons topológicos aplicando forças externas. Nos sistemas estudados até agora, descobriu-se que sólitons e anti-solitons se movem naturalmente em direções opostas. No entanto, se você quiser controlar o comportamento de (anti-sólitons) -solitons) ), você pode querer empurrá-los na mesma direção. Descobrimos que as interações não recíprocas conseguem exatamente isso. As forças não recíprocas são proporcionais ao spin gerado pelo soliton, de modo que cada soliton gera seu próprio força motriz.

O movimento dos sólitons é como a queda de uma série de dominós, cada um derrubando o outro. No entanto, ao contrário do dominó, as interações não recíprocas garantem que a “derrubada” só possa acontecer numa direção. Embora um dominó só possa cair uma vez, um sóliton movendo-se ao longo do metamaterial simplesmente configura a corrente para que o anti-sóliton se mova através dele na mesma direção. Em outras palavras, qualquer número de isolados e anti-isolados pode passar pela cadeia sem precisar ser “reinicializado”.

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Controle de movimento

Compreender o papel do impulso não recíproco não só nos ajudará a compreender melhor o comportamento dos sólitons topológicos em sistemas vivos, mas também poderá levar a avanços tecnológicos. O mecanismo que gera os sólitons autônomos unidirecionais revelados neste estudo poderia ser usado para controlar o movimento de diferentes tipos de ondas (conhecido como direção de ondas) ou para fornecer ao metamaterial uma capacidade básica de processamento de informações, como a filtragem.

Os robôs futuros também poderiam usar silos topológicos para funções robóticas básicas, como movimento, sinalização e detecção do ambiente. Estas funções não serão mais controladas a partir de um ponto central, mas surgirão da soma das partes ativas do robô.

No geral, o efeito dominó dos sólitons em materiais sintéticos, agora uma observação interessante em laboratório, poderá em breve começar a desempenhar um papel em vários ramos da engenharia e do design.

Referência: “Sólitons topológicos não recíprocos em metamateriais ativos” por Jonas Veenstra, Oleksandr Gamayon, Xiaofei Guo, Anahita Sarvi, Chris Ventura Meinersen e Corentin Collet, 20 de março de 2024, natureza.
doi: 10.1038/s41586-024-07097-6

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Atualizações ao vivo do lançamento do Starlink Falcon 9 no KSC

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Atualizações ao vivo do lançamento do Starlink Falcon 9 no KSC

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O voo do Boeing Starliner para astronautas da NASA foi cancelado

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O voo do Boeing Starliner para astronautas da NASA foi cancelado

Os astronautas da NASA terão que esperar pelo menos até o final da próxima semana para entrar em órbita a bordo da espaçonave Starliner da Boeing. Um lançamento planejado para segunda-feira à noite foi cancelado devido a um problema com o foguete Atlas V que estava programado para enviá-los ao espaço.

A NASA anunciou na noite de terça-feira que os astronautas Butch Wilmore e Sonny Williams permanecerão na Terra até 17 de maio, no mínimo. No início do dia, a agência disse que um lançamento poderia ser possível ainda esta semana, possivelmente na sexta-feira.

A United Launch Alliance, fabricante do foguete Atlas V, disse que o foguete retornará da plataforma de lançamento para substituir a válvula que regula a pressão no tanque de oxigênio no segundo estágio.

Isto levou ao adiamento do primeiro voo tripulado do Starliner, um voo para astronautas da NASA de e para a Estação Espacial Internacional, que sofreu uma série de atrasos dispendiosos nos últimos anos.

Cerca de três horas antes do horário programado de lançamento, 22h34 horário do leste dos EUA, e assim que os astronautas chegaram à plataforma de lançamento, a válvula começou a vibrar a uma taxa de cerca de 40 vezes por segundo. A tripulação na plataforma de lançamento descreveu ter ouvido um “som audível incomum” para os controladores de vôo.

Os preparativos para o voo continuaram com o Sr. Wilmore e a Sra. Williams embarcando na espaçonave. Mas às 20h34 horário do leste dos EUA, duas horas antes da decolagem programada, a United Launch Alliance, empresa que fabrica e opera o foguete, cancelou o voo.

Este comportamento já foi observado durante alguns outros lançamentos do Atlas V, e normalmente abrir e fechar a válvula interrompe o zumbido, disse o CEO da ULA, Torey Bruno.

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Mas para lançamentos de astronautas, a ULA estabeleceu uma regra para não fazer nada que pudesse alterar o estado do foguete enquanto os astronautas estivessem presentes, incluindo abrir e fechar a válvula. Isto em si não foi um acto perigoso, mas teria aumentado a incerteza.

“Nossa filosofia é que não precisamos mudar o estado do veículo quando há pessoas lá, então não faremos isso”, disse Bruno em entrevista coletiva na noite de segunda-feira com autoridades da NASA e da Boeing.

Depois que os astronautas saíram do Starliner e retornaram aos alojamentos da tripulação, a válvula fechou e o zumbido parou. Mas as oscilações se repetiram duas vezes quando o propelente foi drenado dos tanques.

Depois de analisar os dados, os engenheiros da ULA concluíram que a válvula havia excedido o número máximo de vezes que poderia abrir e fechar de forma confiável e precisava ser substituída.

A Boeing foi uma das duas empresas a ganhar um contrato para construir uma nave espacial para transportar astronautas de e para a estação espacial, vários anos depois de a NASA ter retirado os seus vaivéns espaciais em 2011. Durante nove anos, os astronautas só conseguiram chegar à ISS a bordo de uma nave espacial russa Soyuz. . Mísseis.

A outra empresa foi a SpaceX. Em maio de 2020, os astronautas da NASA Bob Behnken e Doug Hurley voaram para a Estação Espacial Internacional na espaçonave Crew Dragon da SpaceX. Desde então, essa cápsula se tornou a única maneira de alcançar a órbita dos Estados Unidos.

O desenvolvimento do Starliner da Boeing demorou muito mais do que o esperado. Os riscos técnicos incluíam testes de software inadequados, corrosão das válvulas de impulso, fita inflamável e um componente-chave do sistema de pára-quedas que se revelou mais fraco do que o concebido. A Boeing resolveu os problemas e finalmente estava pronta para funcionar. Os atrasos deixaram a Boeing enfrentando cobranças inesperadas no valor de mais de US$ 1,4 bilhão.

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Embora o voo cancelado na segunda-feira tenha sido devido ao foguete, a tentativa de lançamento adiada ocorre durante um difícil 2024 para o gigante espacial. Poucos dias depois do início do ano, um painel na fuselagem de um Boeing 737 MAX 9 explodiu durante um voo da Alaska Airlines. Os pilotos conseguiram pousar o avião com segurança e não houve feridos graves, mas o acidente teve ampla repercussão para a empresa, principalmente para o departamento de aviação.

Neeraj Chokshi Contribuiu para relatórios.

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Os surtos de crescimento puberal estão ligados a riscos para a saúde dos adultos

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Os surtos de crescimento puberal estão ligados a riscos para a saúde dos adultos

resumo: Os pesquisadores revelaram uma ligação genética entre o rápido crescimento em altura durante a puberdade e o aumento dos riscos à saúde na idade adulta, como fibrilação atrial, diabetes tipo 2 e câncer de pulmão. O estudo analisou padrões de crescimento utilizando dados de 56 mil indivíduos e identificou 26 genes que influenciam a dinâmica de crescimento durante a puberdade.

Estas descobertas revelam como factores genéticos específicos associados ao desenvolvimento puberal podem ter efeitos a longo prazo na saúde, sublinhando a importância de abordagens médicas personalizadas baseadas em perfis genéticos. A pesquisa fornece informações importantes sobre como o desenvolvimento na primeira infância influencia o gerenciamento de riscos de várias doenças em adultos.

Principais fatos:

  1. Fatores genéticos identificados: Os pesquisadores identificaram 26 genes associados ao tamanho, momento e intensidade dos surtos de crescimento puberal.
  2. Efeitos na saúde: Ser alto no início da idade adulta e ter um crescimento rápido está associado a um risco maior de muitos problemas de saúde em adultos, incluindo fibrilação atrial, diabetes tipo 2 e câncer de pulmão.
  3. Análise extensa: O estudo utilizou dados em grande escala de indivíduos de diversas origens para analisar padrões de crescimento puberal e seus efeitos na saúde a longo prazo.

fonte: Universidade de Surrey

A ligação genética entre o crescimento em altura durante a puberdade e a saúde a longo prazo na idade adulta foi identificada por um novo estudo da Universidade de Surrey e da Universidade da Pensilvânia publicado em 2018. Biologia do genoma.

Os pesquisadores descobriram que ser mais alto no início da idade adulta e o rápido crescimento em altura durante esse período estão associados a um risco aumentado de desenvolver fibrilação atrial mais tarde na vida.

A equipe de pesquisa investigou se a genética desempenhava um papel nos padrões de crescimento puberal e nas condições de saúde ao longo da vida. O crescimento durante este período pode ser genético, mas os factores genéticos específicos subjacentes às trajectórias de crescimento permanecem em grande parte desconhecidos.

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Eles também descobriram que indivíduos com um ritmo mais rápido de crescimento puberal tinham níveis mais elevados de densidade mineral óssea, níveis mais elevados de resistência à insulina e um risco aumentado de diabetes tipo 2 e câncer de pulmão. Crédito: Notícias de Neurociências

Para colmatar esta lacuna de conhecimento, os investigadores utilizaram a análise da curva de crescimento de 56.000 pessoas de diversas origens ancestrais, contendo as suas medidas de altura desde os cinco anos até à idade adulta. Esses dados deram aos pesquisadores uma visão abrangente dos padrões de crescimento em diferentes populações e em diferentes períodos de tempo.

“Nosso estudo ressalta a importância das análises genéticas em grande escala para desvendar as complexidades da saúde humana”, disse a Dra. Zhanna Balkhiyarova, coautora do estudo e pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Surrey.

“Usando big data, estamos descobrindo novos insights sobre os fatores genéticos que influenciam o crescimento durante a idade adulta e seus efeitos a longo prazo. Com cada descoberta, aproximamo-nos de uma medicina que atenda às necessidades únicas de cada indivíduo.”

Os pesquisadores identificaram 26 genes associados a vários aspectos do desenvolvimento puberal, incluindo o tamanho, o momento e a gravidade do surto de crescimento. A fim de investigar mais detalhadamente o impacto ao longo da vida das variantes genéticas associadas às trajetórias de desenvolvimento puberal, os investigadores também analisaram a associação genética e fenotípica (características observáveis ​​de um indivíduo) em dados do Penn Medicine Biobank e do UK Biobank.

Utilizando estes dados, a equipa descobriu, pela primeira vez, relações genéticas entre o crescimento em altura das crianças e uma vasta gama de resultados de saúde ao longo da vida de uma pessoa.

Ser mais alto no início da idade adulta e crescer mais rápido na idade adulta tem sido associado a um risco aumentado de desenvolver fibrilação atrial, uma frequência cardíaca irregular e anormalmente rápida, mais tarde na vida.

Eles também descobriram que indivíduos com um ritmo mais rápido de crescimento puberal tinham níveis mais elevados de densidade mineral óssea, níveis mais elevados de resistência à insulina e um risco aumentado de diabetes tipo 2 e câncer de pulmão.

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Anna Ulrich, anteriormente na Universidade de Surrey, disse: “Nossas descobertas desafiam a ideia de um padrão de crescimento ideal que funcione para todos. Em vez disso, elas enfatizam a complexa interação entre genética e saúde e destacam a importância de um crescimento personalizado. abordagem à gestão da saúde.”

“Este estudo representa um grande passo em frente na compreensão da base genética do desenvolvimento puberal e do seu impacto a longo prazo”, disse a principal autora do estudo, Professora Inga Prokopenko, Professora de e-One Health e Chefe de Poliestatística na Universidade de Surrey. -Revelando implicações para a saúde ao longo da vida.

“À medida que desvendamos os segredos codificados no nosso ADN, aproximamo-nos de um futuro onde intervenções adaptadas com base em características genéticas individuais revolucionarão os cuidados de saúde.”

Sobre notícias de pesquisa em genética e neurodesenvolvimento

autor: Zhanna Balkhayarova
fonte: Universidade de Surrey
comunicação: Zhanna Balkhiyarova – Universidade de Surrey
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: Acesso livre.
Estudo de associação de todo o genoma entre avós sobre desenvolvimento longitudinal da altura puberal e co-herança com resultados de saúde em adultos“Por Jonathan B. Bradfield et al. Biologia do genoma


um resumo

Estudo de associação de todo o genoma entre avós sobre desenvolvimento longitudinal da altura puberal e co-herança com resultados de saúde em adultos

fundo

Os padrões de crescimento puberal estão ligados a resultados futuros de saúde. No entanto, os mecanismos genéticos que medeiam as vias de desenvolvimento permanecem em grande parte desconhecidos. Aqui, modelamos o crescimento longitudinal da altura analisando uma curva de crescimento sobreposto por translação e rotação (SITAR) em aproximadamente 56.000 amostras de toda a raça com medidas repetidas de altura desde os 5 anos de idade até a idade adulta.

READ  Há dois anos reporto Covid. Então eu entendi.

Realizamos análises genéticas em seis fenótipos que representam a magnitude, o momento e a gravidade do surto de crescimento puberal. Para investigar o impacto ao longo da vida de variantes genéticas associadas às trajetórias de desenvolvimento puberal, realizamos análises de associação genética e estudos de associação em nível de fenômeno no Penn Medicine BioBank e no UK Biobank.

resultados

Modelos de desenvolvimento em larga escala fornecem uma visão sem precedentes sobre o desenvolvimento dos adolescentes nas populações infantis contemporâneas e do século XX. Identificamos 26 loci significativos em todo o genoma e aproveitamos dados de cepas transitórias para realizar um mapeamento preciso. Nossos dados revelam relações genéticas entre o crescimento em altura e a saúde das crianças ao longo da vida, com diferentes trajetórias de desenvolvimento associadas a diferentes resultados.

Por exemplo, um ritmo mais rápido de crescimento puberal está associado a maior densidade mineral óssea, HOMA-IR, insulina de jejum, diabetes tipo 2 e câncer de pulmão, enquanto ser mais alto no início da puberdade, mais alto durante a puberdade e crescimento puberal mais rápido foi associado a um risco aumentado de fibrilação atrial.

Conclusão

Relatamos novas associações genéticas com o ritmo do crescimento puberal e descobrimos que os determinantes genéticos do crescimento estão associados a características reprodutivas, glicêmicas, respiratórias e cardíacas na idade adulta. Estas descobertas ajudam a identificar trajetórias de desenvolvimento específicas que influenciam a saúde ao longo da vida e mostram que pode não haver um único padrão de crescimento “ideal” na idade adulta.

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