2014: Rok vo vede

Lasery rozpútajú záplavu vesmírnych údajov

V januári 2013 dostala Lunar Reconnaissance Orbiter historický prenos: obrázok Mona Lisa. Bolo to prvýkrát, čo vedci použili laser na odoslanie údajov na Mesiac, čo je výkon, ktorý sľubuje exponenciálne zvýšenie toku informácií do az vesmíru.

Za posledných 50 rokov sa kozmické lode pri komunikácii so Zemou spoliehali na rádiové vlny. Rádio má však obmedzenia. Vzduchové vlny sú preplnené. Signály sa so vzdialenosťou zhoršujú, takže prenos vyžaduje výkonové generátory a veľké antény. Zaostrené laserové svetlo funguje vo vlnových dĺžkach 10 000-krát kratších ako rádio, pričom každú sekundu pumpuje viac vĺn – a viac informácií. Lasery udržujú silu signálu na veľké vzdialenosti, takže vysielače vyžadujú menej energie. A vypustenie kozmických lodí s menšími prijímačmi by bolo lacnejšie.

V októbri sa Prieskumník lunárnej atmosféry a prachu (Ladee) vykonal ďalší úspešný test, v ktorom vyžaroval laserové impulzy obsahujúce video vo vysokom rozlíšení medzi tromi rôznymi prijímačmi Zeme. Alphasat Európskej vesmírnej agentúry, vypustený v júli, bude používať lasery na prenos údajov z iných satelitov pozorujúcich Zem. A inžinieri NASA začali konštruovať systém novej generácie, demonštráciu laserovej komunikácie, ktorý sa má spustiť v roku 2017.

Ak bude vesmírna laserová komunikácia fungovať – a nie je dôvod veriť, že to tak nebude – mohlo by to zmeniť spôsob, akým ľudia skúmajú slnečnú sústavu. Rovery by mohli pribaliť ďalšie nástroje a prenášať sofistikovanejšie údaje. Streamovanie videa s vysokým rozlíšením by vedcom umožnilo sledovať búrky na Saturne tak, ako to robia na Zemi. A astronauti mohli cez Skype domov. Dave Israel, vedúci vyšetrovateľ tímu laserového relé v Goddard Space Flight Center, to hovorí takto spôsob: „Tento skok je rádovo ekvivalentný z dial-up internetu na vysokorýchlostný do vášho dom.” –Rebecca Boyle

20. januára 2014

V tento deň sa sonda Rosetta prebudí z viac ako 42 mesiacov hibernácie v hlbokom vesmíre, aby začala najpodrobnejšiu štúdiu kométy. V auguste dorazí ku kométe 67P a v novembri rozmiestni sondu na pristátie na jadre kométy.

Počítače dekódujú naše mozgy

7. októbra 2013 na Švajčiarskom federálnom technologickom inštitúte v Lausanne oficiálne odštartoval jeden z najambicióznejších projektov výskumu mozgu v histórii. Projekt Human Brain Project – podporovaný 1,2 miliardami eur a viac ako 250 výskumníkmi – má za cieľ vytvoriť prvú kompletnú počítačovú simuláciu ľudského mozgu. V priebehu desaťročia bude modelované všetko, čo vieme o biológii orgánu. Nakoniec budú virtuálne neuróny dokonca vystavené virtuálnym drogám.

Projekt ľudského mozgu je jedným z prvkov väčšieho interdisciplinárneho nárastu výskumu mozgu, ktorý pritiahol inžinierov, teoretikov údajov a iných neneurológov do rôznych snáh. V USA vláda pod vedením Brain Initiative plánuje vydať svoj vlastný „prvý“: podrobnú mapu všetkej mozgovej aktivity. Budúci potenciál siaha od hraničnej poetiky – sledovania formy pamäte, ako aktivita prúdi cez viaceré okruhy neuróny – ku klinicky užitočným, ako je napríklad zariadenie, ktoré by mohlo priamo zmeniť tieto obvody, aby mohli prípadne diagnostikovať a liečiť poruchy. Ďalšie projekty začínajúce v roku 2014 zahŕňajú päťročný plán ôsmich inštitúcií vedený Penn State University na simuláciu vizuálnej kôry v kremíku.

Cori Bargmann, neurovedkyňa z Rockefellerovej univerzity, vysvetľuje, prečo takéto projekty zrazu získavajú na sile. "Teraz máme výpočtové a štatistické nástroje, ktoré potrebujeme, aby sme dali zmysel z miliárd jednotlivých neurónov, z ktorých každý sa stáva aktívnym a neaktívnym v zložitých časových intervaloch," hovorí. Takže aj keď rok 2014 nebude rokom, kedy by bol mozog plne zmapovaný, simulovaný alebo unesený, bude to rok, kedy sa skutočne rozbehne snaha urobiť toto všetko – a ešte oveľa viac. –Erik Sofge

Zákrok proti bolesti

Prísnejšie kontroly narkotických liekov proti bolesti, ako sú Vicodin a Lortab, by mali začať platiť tento rok. Nariadenia sú navrhnuté tak, aby znížili úmrtia súvisiace so zneužívaním a predávkovaním, ktoré sa v USA od roku 1999 štvornásobne zvýšili.

Roboty prvej reakcie sa postavia proti sebe

V decembri 2014 budú autonómne roboty z asi tucta tímov súťažiť na záverečnom podujatí DARPA Robotics Challenge, pričom budú vykonávať záchranné operácie pri simulovanej katastrofe.

Ako rozobrať chemickú zbraň

V tomto roku americká armáda vybuduje mobilné dekontaminačné laboratóriá s názvom Field Deployable Hydrolysis Systems (FDHS), ktoré dokážu rýchlo neutralizovať hromadné chemické bojové látky, ako je sarín. Táto technológia by mohla byť obzvlášť užitočná v krajine ako Sýria, ktorá nemá vhodné zariadenia na zničenie svojich zásob chemických zbraní.

Krok jedna: Zrieďte dané množstvo chemického prostriedku s vodou v laboratórnej titánovej nádrži, potom pridajte bielidlo (chlórnan sodný) a lúh (hydroxid sodný).

Krok dva: Zahrejte titánovú nádobu so zmesou takmer do varu počas troch hodín. Za ten čas bielidlo, voda a lúh hydrolyzujú 99,9 percent chemického činidla.

Krok tri: Premiestnite vedľajšie produkty do cisterny na prepravu do bežného zariadenia na nebezpečný odpad, kde budú ďalej spracované.

Drony dostanú zelené svetlo

Vek domácich dronov oficiálne začne koncom roka. Vtedy Federálny úrad pre letectvo (FAA) vydá návrh pravidla upravujúceho používanie bezpilotných lietadiel do 55 libier vo vzdušnom priestore USA, čo je kategória, ktorá zahŕňa väčšinu komerčných modelov. Zariadenia však budú vo vzduchu ešte predtým. Letové testy plánované na rok 2014 budú formovať budúcnosť bezpilotných lietadiel na roky a možno aj desaťročia dopredu.

V čase tlače skupiny z 24 štátov súťažili o umiestnenie šiestich schválených testovacích miest, kde sa budú hodnotiť modely dronov a letové protokoly. A hoci sa očakáva, že FAA bude vo svojich pôvodných pokynoch reštriktívny – pravdepodobne bude vyžadovať stálu viditeľnosť medzi pilotmi a bezpilotné vzdušné systémy (UAS), ako aj výškový strop 400 stôp – testovanie na týchto miestach bude ambicióznejšie schopnosti, vrátane autonómnych systémov snímania a vyhýbania sa, ktoré by umožnili dronom operovať vo vyšších nadmorských výškach a zdieľať vzduch s pilotované lietadlá.

Medzitým FAA už povolila stovky policajných oddelení, verejných univerzít a ďalších žiadateľov, aby mohli lietať ako neziskové organizácie. Kyle Snyder, riaditeľ NextGen Air Transportation Center na Štátnej univerzite v Severnej Karolíne, hovorí o aktivite dronov dosiahne v roku 2014 bezprecedentnú úroveň, keďže centrá ako on pokračujú v zhromažďovaní testovacích údajov pre výskumníkov UAS a FAA. To je skvelá správa pre farmárov, realitných maklérov a kohokoľvek iného, ​​kto dúfa v lacné letecké zábery. Pre tých, ktorí sa stále obávajú robotických preletov, invázia už prebieha. –Erik Sofge

Klíma má prednosť

„Dnes by sme mali prijať znižovanie emisií uhlíka ako spôsob, ako zvýšiť počet pracovných miest a posilniť ekonomiku. Pristupujme k tomu ako k životnej príležitosti. Pretože v stávke je príliš veľa životov na to, aby sme to takto neprijali.“

—Gina McCarthy, správkyňa Agentúry na ochranu životného prostredia (vymenovaná v júli 2013)

Celebrity idú do vesmíru

Virgin Galactic plánuje začať komerčnú prevádzku v roku 2014, pričom platiacich pasažierov – vrátane popovej hviezdy Katy Perry – vezme na okraj vesmíru.

Curiosity putuje na horu Sharp, kráter Gale, Mars

Ako postaviť ľadovú stenu

Fukušima, Japonsko

Vlani v auguste spoločnosť Tokyo Electric Power Company (Tepco) priznala, že z nádrže v zemetrasením zničenej jadrovej elektrárni Fukušima uniklo do zeme viac ako 300 ton kontaminovanej vody. Aby sa podzemná voda nedostala do oceánu, spoločnosť Tepco v roku 2014 oznámila plány na vybudovanie podzemnej ľadovej steny.

Krok jedna: Inštalujte rúry tri až päť stôp od seba do zeme okolo elektrárne.

Krok dva: Čerpajte chladenú chladiacu kvapalinu (chlorid vápenatý) do potrubí a nepretržite ju cirkulujte cez chladiacu stanicu.

Krok tri: Zamrznutá pôda okolo každého potrubia sa spája a vytvára ľadovú stenu, ktorá blokuje prietok vody.

Diagnózy rakoviny sa stávajú menej invazívne

Rakovina predstavuje veľa problémov, počnúc diagnózou. Tkanivové biopsie, jediný spoľahlivý test pre väčšinu druhov rakoviny, sú invazívne a bolestivé a môžu spôsobiť infekciu. Majú tiež tendenciu sa vykonávať po rozvinutí symptómov, a to je často príliš neskoro. Nový diagnostický nástroj môže výrazne uľahčiť identifikáciu niektorých chorôb.

V tele prechádzajú drobné vaky nazývané exozómy tekutinami, ako je krv, moč a sliny. Prenášajú genetický materiál a proteíny medzi bunkami a hrajú dôležitú úlohu v bunkovej komunikácii. „Radi si to predstavujeme ako telesný systém Federal Express,“ hovorí James McCullough, generálny riaditeľ spoločnosti Exosome Diagnostics.

Spoločnosť McCullough vyvinula test na zachytenie týchto poslov a analýzu RNA, ktorú obsahujú, a označila mutácie, ktoré poukazujú na prítomnosť malígnych buniek. Ďalšia spoločnosť, Caris Life Sciences, hľadá proteíny na povrchu exozómov, ktoré sú v korelácii s určitými nádormi. Obe skupiny sa pretekajú, aby v roku 2014 vydali prvý komerčný exozómový test – Exosome Diagnostics pre rakovinu prostaty, ktorý identifikuje izoláciou exozómov v moči a Caris Life Sciences pre rakovinu prostaty a prsníka, ktorú zisťuje krvou test.

Prebiehajú aj významné klinické štúdie. Technika Exosome Diagnostics už ukázala sľubnú detekciu mutácií indikujúcich rakovinu mozgu v krvi. Tento rok metódu ďalej hodnotí 18 zdravotníckych stredísk. Výskumníci z Exosome Sciences začnú počiatočné klinické štúdie na detekciu HIV a hepatitídy B a C pomocou exozómov izolovaných z moču.

Potenciál technológie je široký. Lymfóm, tuberkulóza a Parkinsonova choroba sú všetky potenciálne diagnostické ciele. Exozómové testy by sa mohli použiť aj na sledovanie progresu ochorenia a sledovanie účinnosti liečby. –Cassandra Willyardová

Rozpočty na vedu zostávajú malé

Spojené štáty

Federálne financovanie základného výskumu a vývoja v roku 2013 kleslo o 8 percent v porovnaní s predchádzajúcim rokom a o 16 percent v porovnaní s vrcholom v roku 2010. Rozpočty Kongresu na rok 2014 sa príliš neobnovujú a sekvestračné stropy by mohli zarobiť peniaze na ďalšie desaťročie. Keďže je ťažšie získať granty na výskum, veda v USA – a z nej vyplývajúce inovácie a rast – pravdepodobne pomalý, podľa Matta Hourihana, riaditeľa rozpočtového programu Americkej asociácie pre pokrok vedy.

*Údaje o vedeckom rozpočte s láskavým dovolením Americkej asociácie pre pokrok vedy. Všetky sumy sú upravené o infláciu. Údaje na rok 2013 sú odhady a údaje na rok 2014 sú navrhované rozpočty. Nezahŕňa alokáciu domu na rok 2014 pre National Institutes of Health, ktorá nebola zverejnená, keď sa toto vydanie dostalo do tlače.

Štyri nové štúdie skúmajú medicínske výhody a praktické dilemy, ktoré vznikajú pri sekvenovaní genómov novorodencov

„Tieto granty nám umožnia zbierať informácie o etických, právnych a sociálnych dôsledkoch tohto testovania pred jeho rozšírením. Nie je jasné, ako budú pacienti alebo poskytovatelia nakladať s týmito informáciami."

—Armand Antommaria, riaditeľ Etického centra v Cincinnati Children’s Hospital Medical Center

Vietor ide na pobrežie

Viaceré projekty vrátane Cape Wind (v Massachusetts’ Nantucket Sound) a Deepwater Wind (neďaleko Block Island, Rhode Island), súperia o to, kto sa stane prvou pobrežnou veternou farmou v USA Plánujú začať výstavbu v r. 2014.

Niekoľko nových fondov vytvorených výhradne pre bitcoiny umožňuje inštitucionálnym investorom nakupovať a obchodovať s akciami digitálnej meny

"Blížime sa k inflexnému bodu. Katalyzátorom úspechu bitcoinu by mohla byť jasnosť regulácie, veľké investície rizikového kapitálu, podpora od veľkej krajiny ako Čína alebo lepšia dostupnosť pre investorov.

—Barry Silbert, zakladateľ a generálny riaditeľ spoločnosti SecondMarket, ktorá prevádzkuje Bitcoin Investment Trust

Fyzici vytvárajú kód odolný voči špiónom

Nebol to presne bannerový rok pre súkromie. Odhalenia úsilia Národnej bezpečnostnej agentúry o masové sledovanie zdôraznili zjavnú potrebu lepšieho zabezpečenia údajov. Nedávne prelomy v kvantovej kryptografii by mohli poskytnúť práve toto: šifrovanie odolné voči špehom, ktoré už nie je umiestnené v laboratóriách alebo uviaznuté na cenových úrovniach priemyselnej triedy.

Kvantová distribúcia kľúčov (QKD) je v podstate nerozbitný šifrovací protokol, ktorý využíva jeden z princípov kvantovej fyziky, z ktorých sa točí hlava – že ho mení jednoduché pozorovanie informácií. V systéme založenom na QKD je náhodne vygenerovaný kľúč zakódovaný na svetelných časticiach a zdieľaný prostredníctvom optických káblov predtým, ako sa použije na šifrovanie citlivých údajov. Akýkoľvek pokus o detekciu kľúča na ceste zmení jeho fotóny, čo naznačuje, že prenos bol zachytený a je potrebný nový kľúč.

Doposiaľ zostáva QKD pripútaný k optickým sieťam. Vyžaduje si to aj veľké žiariče a detektory, ale teraz výskumníci pracujú na ich miniaturizácii: Nokia a University of Bristol v Anglicku spolupracujú na kvantovom zdroji dostatočne malé na to, aby sa zmestili do telefónu, zatiaľ čo fyzici z Inštitútu kvantových výpočtov vo Waterloo v Ontáriu vyvíjajú mikrosatelity, ktoré by mohli prenášať zakódované fotóny cez zemegule.

Najlepším dôkazom hybnosti QKD môže byť spoločnosť GridCOM Technologies, ktorá plánuje do septembra spustiť prvú komerčnú kvantovo šifrovanú dátovú sieť v San Diegu. Hoci sa spoločnosť pôvodne zameriavala na zabezpečenie infraštruktúry – sieť ochráni časť mestskej elektrickej siete pred kybernetickými útokmi – spoluzakladateľ GridCOM Duncan Earl, fyzik, predtým v Oak Ridge National Laboratory, chce škálovať na väčšie šírky pásma vhodné pre mobilné telefóny a počítače. "O päť rokov bude táto technológia všade," Earl hovorí. „Čoskoro vstúpime do veku kryptografie. Musíme to mať, aby sme podporili svet, ktorý sme vytvorili." –Erik Sofge

Infekčné choroby sa znovu objavujú

V roku 1900 bola úmrtnosť na infekčné choroby v USA 40-krát vyššia ako dnes. Ale napriek pokroku, ktorý sa dosiahol v minulom storočí, sa niektoré choroby začali znovu objavovať. „Čelíme dokonalej búrke zraniteľnosti,“ hovorí Tom Frieden, riaditeľ Centra pre kontrolu chorôb, citujúc rastúce cestovanie a obchod s potravinami, neočkovanie proti chorobám, ktorým sa dá predchádzať, a zlý manažment antibiotík príčin.

Prípady čierneho kašľa alebo čierneho kašľa sa v USA zvýšili z niekoľkých dôvodov. Po prvé, vakcína prijatá v 90. rokoch minulého storočia sa míňa rýchlejšie ako predchádzajúca vakcína. Lepšie diagnostické testy v USA môžu tiež prispieť k vyššej prevalencii.

Osýpky boli odstránené v USA v roku 2000, ale stále sa objavujú prípady, keď neočkovaní ľudia prevezmú vysoko nákazlivú chorobu v zahraničí. Ohniská boli najhoršie tam, kde sa infikovaní cestujúci vracajú do oblastí s relatívne vysokým počtom iných neočkovaných ľudí.

Na boj proti kvapavke je k dispozícii menej liekov, pretože sa u nej vyvinie rezistencia na viac antibiotík – aj keď žiadny prípad v USA ešte zlyhal v liečbe. Zvlášť znepokojujúca je dlhá pamäť chrobáka: Zachováva si odolnosť aj po tom, čo konkrétny liek už nie je predpísaný.

Šestnásť štúdií organizovaných Fondom na ochranu životného prostredia určí vplyv výroby a distribúcie zemného plynu na klímu

„Ak chceme znížiť emisie skleníkových plynov, musíme pochopiť zdroje vrátane metánu z dodávateľského reťazca zemného plynu a možnosti, ako tento únik minimalizovať. Tieto dva ciele nemôžete dosiahnuť, ak nemáte údaje."

—Steven Hamburg, hlavný vedec, Environmental Defense Fund

_Tento článok sa pôvodne objavil vo vydaní _Popular Science z januára 2014.