Nota bene:

Самые перспективные направления исследований в лекциях профессоров со всего мира

В совместном проекте с Российской венчурной компаний мы показываем векторы развития мировой науки. Профессоры Массачусетского технологического института, Гарварда, Бостонского университета и других ведущих центров науки и образования рассказывают, какие исследовательские направления от биотеха до квантовых вычислений на стыке фундаментальной науки и инженерных разработок меняют облик их дисциплин и определяют, чем будут заниматься тысячи молодых ученых по всему миру.


Дэвид Кларк

История прогнозирования будущего интернета

2
Идея, что устройства могут быть связаны между с собой, появляется только в 1960-х годах. Ограничивали развитие телефонные системы, не склонные к инновациям, и это тормозило процесс: люди не могли мыслить за пределами услуг, предоставляемых телефонными компаниями. Так что часть революции заключалась в смене типа мышления. Заманчиво попытаться предсказать будущее, изучая технологии или инвестиции. Но важно помнить, что главным двигателем развития интернета был и остается пользователь. Электронная почта стала первым основным приложением только благодаря пользователям, и сегодня именно пользователи решают, хотят ли они обмениваться электронными сообщениями, общаться в Skype или играть в игры. Инвестиции являются чрезвычайно важным фактором, их тоже невозможно предугадать. Не технологические специалисты определяют будущее, а пользователи и финансирование.
Читать полностью
Али Хадемхосейни

Биоинженерия стволовых клеток

1
Стволовые клетки на протяжении вот уже нескольких лет являются важнейшей темой научных исследований: они позволяют обеспечивать постоянные поставки клеток, необходимых для решения различных медицинских проблем. К настоящему моменту открыто множество новых видов стволовых клеток, при этом большое внимание уделяется их биологическим характеристикам. Однако в последнее время все больше исследователей понимают, что, хоть биологический компонент и важен, необходима разработка инженерных методов, чтобы управлять поведением клеток. При обычных условиях стволовые клетки находятся в теле, то есть в активной среде, которая посылает клеткам большое количество сигналов и таким образом указывает, как себя вести. Вопрос в том, как мы можем управлять этой средой. За последнее время было опубликовано множество различных работ на эту тему. Скажем, мы хотим изменить способ взаимодействия клеток друг с другом. Вместо того чтобы просто поместить их в чашку Петри и наблюдать, мы можем прибегнуть к инженерным методам.
Читать полностью
Константин Северинов

Редактирование генома с CRISPR/Cas9

1
CRISPR/Cas9 — это новая технология редактирования геномов высших организмов, базирующаяся на иммунной системе бактерий. В основе этой системы — особые участки бактериальной ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы, или CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Между идентичными повторами располагаются отличающиеся друг от друга фрагменты ДНК — спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на данной бактерии. При попадании вируса в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью специализированных Cas-белков (CRISPR-associated sequence — последовательность, ассоциированная с CRISPR), связанных с CRISPR РНК. Если фрагмент вируса «записан» в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от инфекции. В начале 2013 года несколько групп ученых показали, что системы CRISPR/Cas могут работать не только в клетках бактерий, но и в клетках высших организмов, а значит, CRISPR/Cas-системы дают возможность исправлять неправильные последовательности генов и таким образом лечить наследственные заболевания человека.
Читать полностью
Хой-Квон Ло

Квантовая криптография

2
Жиль Брассар, один из изобретателей квантовой криптографии, сказал: «Если когда-нибудь создадут квантовый компьютер достаточных масштабов, значительная часть обычной криптографии потеряет всякую эффективность». Сегодня множество ученых и инженеров трудятся над построением крупномасштабного квантового компьютера. Агентство национальной безопасности США объявило о том, что они планируют перейти на квантовые системы безопасности, включая квантовую криптографию. Таким образом, риск, который квантовые компьютеры представляют для обычной криптографии, нельзя недооценивать. Одна из технологий квантовой криптографии называется «квантовое распределение ключей» (КРК). Ее основная цель — обеспечить безусловную безопасность коммуникаций, основываясь на законах физики.
Читать полностью
Эрик Мазур

Черный кремний

4
У черного кремния два основных свойства — это шершавость его поверхности, что делает его темным в видимом спектре и увеличивает поглощение света. Это помогает, существенно увеличивает поглощение света в кремниевых фотоэлементах. На самом деле фотоэлектрическая индустрия старается увеличить шершавость поверхности кремния различными методами, которые обычно обходятся дороже, чем наше лазерное сканирование, то есть для нас существует хорошая мотивация этим заниматься. Но в реальности использование допанта, то есть серы, в кремнии и этой промежуточной зоны, которая формируется между зоной проводимости и валентной зоной в материале, — это менее очевидные ходы.
Читать полностью
Илья Неменман

«Мы используем искусственный интеллект, чтобы понять, как работает мозг»

2
Глава лаборатории теоретической биофизики Университета Эмори Илья Неменман рассказывает интервью о нейронных сетях, машинном зрении и лечении диабета.
Читать полностью
Роберт Лэнгер

Новые материалы и тканевая инженерия

4
Основная идея тканевой инженерии заключается в комбинировании материалов и клеток млекопитающих, в том числе стволовых, чтобы сформировать новую ткань или орган. Одно из направлений в тканевой инженерии – это полимерные каркасы, которым можно придать любую форму. На них можно помещать клетки, и как только они оказываются там, они самоорганизуются, образуя новую ткань или орган. Это может быть хрящ, кость, новая кожа для пострадавших от ожогов или пациентов с диабетическими язвами. Для этого необходимо сделать следующие вещи: первое – это создание материалов, к которым можно прикрепить клетки, и второе – это создание конструкции подходящей формы и структуры.
Читать полностью
Шринивас Шридхар

Наноматериалы с отрицательным коэффициентом преломления

1
"Возможность контролировать структуру частиц на наноуровне дает нам абсолютно новые методы контроля света. В моей лаборатории исследований веществ, используемых в электронике, в Северо-Восточном университете мы разрабатывали новые вещества, способные контролировать не только направление света, но и также скорость его проникновения. Обычные вещества, такие как стекло, имеют положительный показатель преломления".
Читать полностью
Томас Шмикль

Групповая робототехника

1
В проектах ASSISIbf и FloraRobotica роевые алгоритмы используются в комбинации с живыми организмами — настоящими пчелами, муравьями или растениями. В будущем это может помочь в животноводстве, мониторинге животных и сельском хозяйстве. Например, в ASSISIbf мы совмещаем роботов с живыми пчелами и настраиваем механизмы поведенческой обратной связи. Это значит, что пчелы влияют на роботов, а роботы, в свою очередь, влияют на пчел, что в итоге ведет к слиянию двух «обществ» — роботов и пчел — в одно. В дополнение к этому мы используем эволюционные вычисления и машинное обучение, чтобы адаптировать роботов к поведению пчел.
Читать полностью
Кристофер Карр

Синтетическая биология для космических программ

1
Представьте себе, что в ходе полета на Марс вы вдруг оказались заражены бактериями, которые «прятались» на вашем космическом корабле. Будь вы на Земле, эту болезнь можно было бы с легкостью вылечить, но в экспедиции у вас просто нет нужного препарата. Нам стоит смириться и признать, что миссия окончена, или еще можно что-то сделать? При должном везении и достаточном уровне развития области нам на помощь может прийти синтетическая биология, и мы создадим необходимое лекарство прямо на Марсе. На данный момент это кажется невероятным, но, учитывая, что мы уже знаем, в будущем задача выглядит потенциально выполнимой.
Читать полностью
Эрнан Лопез-Шиер

Регенерация нейронов с помощью света

2
Как у млекопитающих вроде нас с вами, так и у более простых позвоночных, таких как рыбки данио-рерио, которых мы используем как объект наших экспериментов, существует одна проблема: есть много нейронов, неспособных к регенерации. Если они оказываются повреждены, они могут выжить, но останутся дефектными. Причина отсутствия регенерации состоит в том, что эти нейроны практически неспособны заново вырастить аксоны и дендриты. Многие годы исследования в этой области проводились, и было обнаружено, что существует внутриклеточный процесс, в котором активнейшее участие принимает вторичный посредник, носящий название циклического аденозинмонофосфата (цAMФ). Этот посредник способен заново запускать рост аксонов нейронов, до того неспособных к регенерации. Удалось разработать метод, с помощью которого мы можем воздействовать только на конкретные, нужные нам клетки при помощи света и тем самым повышать уровень цАМФ в них тогда, когда нам нужно, и настолько долго, насколько нам нужно. Так что этот метод открывает перед нами много возможностей. Инструментарий, который в нем задействован, носит название оптогенетики.
Читать полностью
Синьцзе Ни

Плащ-невидимка: как создают материалы, которые «обманывают» свет?

4
"Плащ-невидимка" основан на исследованиях оптических свойств материалов на наноуровне, что позволяет влиять на поведение света, вступающего во взаимодействие с этим материалом. Такой плащ, сделанный из очень тонкого искусственного материала, способного точно обволакивать объект, подобно ткани или бумаге. Плащ до сих пор имеет ограничения по функциональности, но изобретение может полностью контролировать амплитуду и фазу взаимодействующего с ним света, и, если поверхность будет покрыта такими устройствами, ее оптические свойства будут полностью управляемы.
Читать полностью
Хон Сан Ли

Электронная кожа, которая "чувствует" как человеческая

4
Электронная кожа (e-skin) — одно из направлений разработок в рамках создания искусственной кожи. Она чувствительна к прикосновениям, текстуре и даже звуку. Искусственная кожа сделана из сегнетоэлектрического материала, который генерирует электричество в ответ на внешние стимулы, такие как изменение температуры или давления. Электронная кожа найдет свое применение в антропоморфной робототехнике, протезировании, создании мобильных устройств мониторинга состояния здоровья человека, а также в интернете вещей.
Читать полностью
Джеймс Коллинз

Синтетическая биология

1
Синтетическая биология – это новое направление науки, объединяющее инженеров, физиков, молекулярных биологов и химиков с целью использования инженерных принципов для соединения биомолекулярных компонентов: генов, белков и других составных частей в новые структуры и сети. Эти обновленные структуры предполагается использовать с целью перепрограммирования живых организмов, придавая им новые свойства, необходимые для решения задач в области здравоохранения, энергетической безопасности, производства продуктов питания и развития окружающей среды.
Читать полностью
Эрик Мазур

Фемтосекундные лазеры и нанохирургия

4
Одна из областей применения фемтосекундных лазеров — субклеточная хирургия. Можно провести микроманипуляции с органеллами внутри живой клетки или с мембраной, не убивая при этом клетку. Также можно использовать эту методику в нанонейрохирургии для разрывания соединений между отдельными нейронами в мелких животных. Одно из очень привлекательных применений — хранение информации. Если бы мы могли получить действительно высокую плотность хранения информации в чем-то настолько же устойчивом, как стекло, это было бы гораздо лучше любого существующего на данный момент способа хранения информации.
Читать полностью
Иоаннис Иеропулос

Микробные топливные элементы: получаем электричество избавляясь от мусора

5
Традиционные источники энергии, которыми мы пользуемся, преверены веками. Они в состоянии генерировать гигаватты энергии, необходимые современному обзеству. Но что, если мы перейдем на микробные топлевные элементы? Технология МЭТ предлагает получать энергию, используя метаболизм бактерий. Когда микроорганизмы перерабатывают субстрат, которым их питают для поддержания жизнедеятельности и роста, они фактически разлагают отходы и одновременно с этим дают электричество. О главных плюсах и минусах этой технологии рассказывает исследователь биоинженерного центра Бристольского университета.
Читать полностью
Сет Ллойд

Квантовые вычисления

6
Концепция компьютера идет дальше простого вопроса о том, Apple у вас или PC. Это понятие обработки информации. Цифровой компьютер получает информацию и разбивает ее на мельчайшие возможные кусочки, которые называются битами. Бит — это элементарное различие между двумя возможностями: да и нет, истинно и ложно, нуль и единица. Квантовый компьютер — это компьютер, который берет биты и работает с ними систематическим образом, но работает на уровне атомов, элементарных частиц, фотонов (частиц света), электронов — там, где царят законы квантовой механики.
Читать полностью
Джефф Лихтман

Нейровизуализация и коннектомика

3
Большой вопрос в области коннектомики и создания подобных инструментов: куда это нас приведет? С радикальной и в определенном смысле даже захватывающей точки зрения если у вас есть полная карта связей в мозге, если наш инструмент действительно вам ее предоставил, то вы могли бы облечь эту архитектуру связей в кремний. Вы могли бы создать виртуальный мозг, который симулирует не только общее строение, но воспроизводит каждый синапс реального физического мозга. Следовательно, у вас может быть разум — такой же, как и биологический разум, но воссозданный на компьютере. Это один интересный подход.
Читать полностью
Дэвид Синклер

Геномная инженерия

1
Мы в одном небольшом шаге от возможности менять любой ген у нашего потомства. Конечно, здесь возникают этические проблемы, которые мы не можем игнорировать. Однако мы сможем работать с генами, которые отвечают за предрасположенность к здоровью и долголетию. Мы сможем изменять эти гены, помогая людям жить дольше и быть более здоровыми, вдобавок иметь устойчивость к известным болезням. Когда мы начнем это делать и когда общество будет к этому готово — пока неясно.
Читать полностью
Дэвид С. Джонс

Фармакогеномика

1
Врачей на протяжении многих сотен лет интересует, что является причиной индивидуальных особенностей ответа на лечение. Список подозреваемых, на которых обращали внимание доктора, довольно длинный. Среди них питание пациента, факторы окружающей среды или что-то, присущее самому человеку: генетическое, наследственное, то, что вызывает вариации в ответах на лечение. В настоящее время подавляющее большинство исследований по этому вопросу сосредоточено в области фармакогеномики, находящейся на стыке фармакологии и современной геномики. Дисциплина получила развитие в начале XX века, когда врачи впервые поняли, что, подобно тому как строение тел (анатомия) у людей различно, разнообразны внутренние структуры и внутренние химические процессы, и поэтому различия в метаболизме лекарственных средств, скорее всего, контролируются генетически.
Читать полностью

Оставьте свой email, чтобы получать наши самые важные новости