Юный техник, 2010 № 04 - Журнал «Юный техник»

Правда, в реальном киберкостюме пока невозможно летать, как в кино. Но силу мышц человека, сидящего внутри, он уже увеличивает за счет серводвигателей в 20 раз! На показательных выступлениях испытатель Рекс Джеймсон без видимого напряжения поднял штангу в 400 кг весом, кидался пудовыми гирями.

Правда, у нынешней версии экзоскелетона есть два недостатка. Во-первых, отсутствие автономного источника питания привело к тому, что за испытателем тянется силовой кабель, ограничивающий свободу передвижения. Если же перейти на автономное питание, то заряда батарей при самом экономном расходовании энергии хватает всего на полчаса.

Во-вторых, силовой внешний скелет реагирует на движения с некоторой задержкой, что вызывает дополнительное мышечное напряжение у оператора и мешает быстро реагировать на изменение ситуации. В общем, к действиям в боевых условиях такой агрегат еще явно не готов.

Тем не менее, специалисты обещают исправить недостатки в самом ближайшем будущем и уже получили от вооруженных сил США двухлетний контракт стоимостью 10 миллионов долларов на доработку конструкции.

В дальнейшем спецкостюм намерены использовать при погрузке-разгрузке боеприпасов и громоздкой военной техники, а также при переноске тяжелого оборудования по пересеченной местности. А затем, глядишь, дело дойдет и до испытаний костюма в условиях, приближенных к боевым.

Публикацию подготовил В. ЧЕТВЕРГОВ

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Скороварка для… нефти

Нефть созревает медленно. Нужны были миллионы лет, чтобы органические вещества превратились в «черное золото». Сегодня ученые утверждают, что нефть можно «сварить» в считаные дни, используя в качестве сырья сланцы.

Сланец напоминает камень лишь на первый взгляд. Твердое вещество бурого или темного цвета отличается тем, что его довольно легко поцарапать ножом. А главное, если бросить его в печь, оно загорится. Хуже, чем уголь, давая большое количество золы, но сланец горит.

Однако все попытки использовать сланцы в промышленных топках долго не приводили к хорошим результатам, поскольку твердое топливо трудно загружать в печь автоматически. А уж очищать топки от золы и вообще замучаешься.

И вот в 60-х годах прошлого века член-корреспондент Академии наук СССР, профессор, лауреат Ленинской премии И.В. Нестеров предложил поискать принципиально иной выход из положения. Группа тюменских ученых под его руководством начала разрабатывать технологию получения из сланцев жидкого топлива. Причем использовать для этого решили уже отработавшие свое нефтяные скважины.

Дело в том, что в 1968 году исследователям удалось доказать, что так называемые «черные сланцы» представляют собой «невызревшую» нефть. В природе этот органический материал, состоящий в основном из останков древних растений и микроорганизмов, за миллионы лет постепенно дозревает, превращаясь при определенной температуре и давлении в «черное золото».

И тогда, естественно, возник вопрос: можно ли как-то ускорить этот природный процесс? Чтобы ответить на него, геологи из Тюменского государственного нефтегазового института (ныне — университет) стали изучать необычный для них объект — отмершие клетки древних растений.

Ученые пытались воздействовать на органические остатки разными способами: добавляли химические реагенты, повышали температуру и давление… А однажды попробовали использовать электропарамагнитный резонанс. То есть на бывшие клетки стали воздействовать электромагнитными колебаниями различной частоты.

И когда эти колебания вошли в резонанс с собственной частотой клетки, электроны, входившие в структуру ее молекул и атомов, пришли в возбужденное состояние, стали переходить с одних орбит на другие, высвобождая при этом немалое количество энергии.

Такой вид энергии ученые назвали спиновым (от слова «спин», которым характеризуют состояние электрона). Носителями ее, как оказалось, являются многие органические вещества, в том числе уголь, нефть, черные сланцы.

Сланцы внешне похожи на камень.

Тридцать с лишним лет ученые совершенствовали свою технологию в лабораторных условиях, добиваясь резонанса клеток различными способами. Например, когда они облучали клетки с помощью электронной пушки, в них при определенных параметрах излучения происходили микровзрывы с образованием водорода и метана.

Однако такую «пушку» не поместишь в скважину, уж слишком она громоздка. Да и получить хотелось не газообразное топливо, а жидкое — с ним удобнее обращаться.

Тогда придумали обходной маневр: в отработавшую свой ресурс скважину засыпают песок и организуют серию тщательно рассчитанных взрывов. Песок при этом передает энергию окружающим породам, в том числе сланцам. В них начинают происходить физико-химические процессы, в результате которых через трое суток из скважины можно получить нефть.

Так, во всяком случае, утверждают разработчики этого способа. На практике он пока не опробован, а потому многие специалисты сомневаются в его действенности. Уж как-то слишком просто и быстро все получается. Природа готовит нефть из сланцев многие миллионы лет, а тут люди берутся сделать то же самое за считаные дни…

Сами же энтузиасты нового метода уверяют, что готовы реализовать идею хоть сейчас, использовав для этого законсервированную пустую скважину. Ожидается, что из нее по уже готовой к промышленному эксперименту технологии можно будет добывать порядка 100 тонн нефти в сутки. Остается подождать, подтвердит ли практика ожидания ученых.

В. ЧЕРНОВ

ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА

Сколько весит ДНК?

Можно ли узнать, какова масса атома или молекулы. И на каких весах можно их взвесить?

Алина Калинина, г. Томск

На обычных торговых весах точность взвешивания не превышает нескольких граммов. Точность аптечных весов — 5 — 10 мг. Хорошие аналитические весы способны фиксировать микрограммы. Но с меньшими массами весам, использующим земную гравитацию, справиться трудно. Для взвешивания отдельной бактерии, вируса или биологической молекулы был нужен иной подход.

В центре нанотехнологий Корнеллского университета взяли за основу для создания сверхчувствительных весов… доску трамплина для прыжков в воду.

«Трамплин» для микромасс.

Если вы смотрели соревнования по прыжкам в воду, то наверняка замечали, как вибрирует трамплин сразу после прыжка. Причем период колебаний трамплина зависит от его массы — чем она больше, тем период больше.

Понятное дело, для микромасс нужен и соответственно миниатюрный «трамплин». Изготовленный из кремния крошечный кронштейн имеет длину всего 4 мкм и полмикрона в ширину. Без нагрузки он колеблется с частотой 10–15 МГц, то есть 10–15 миллионов колебаний в секунду. Но если на него поместить небольшой груз, частота собственных колебаний системы уменьшается примерно на 50 Гц на каждый аттограмм массы (см. «Подробности для любознательных»).

Собственную частоту кронштейна с образцом определяют, воздействуя на него переменным электрическим полем. Частоту воздействия плавно меняют, наблюдая по отражению лазерного луча за амплитудой колебаний. Как только наступает резонанс и амплитуда колебаний резко увеличивается — измерение сделано, подачу тока тут же прекращают.

Весы-трамплин оказались настолько чувствительны, что, например, для взвешивания бактерий они уже не годятся — тут нужно устройство погрубее. Дело в том, что, например, традиционная для микробиологических исследований Echerichia coll размером 1,4x0,7 микрона весит примерно 660 фемтограммов. Для самых чувствительных в мире весов это слишком большая масса, поэтому бактерию взвешивали на устройстве предыдущего поколения. Различные вирусные частицы весят от 1,5 фемтограмма до 10 аттограммов.

Последнее достижение корнеллских ученых — определение массы одиночной цепочки ДНК. Оказалось, что 1578 нуклеотидов имеют массу около 1 аттограмма. А предельная чувствительность экстремальных корнеллских весов уже перешагнула аттограммовый порог и измеряется сотнями зептограммов.

P.S. И все же абсолютный рекорд принадлежит ныне не Корнеллскому, а Калифорнийскому технологическому университету. Там вместо кремния использовали более твердый карбид кремния, а вместо кронштейна сделали пружинящий мостик длиной 1 мкм и шириной четверть микрона, вибрирующий на частоте около 190 МГц. Это уникальное устройство позволило измерить массу всего в 7 зептограммов, что соответствует 30 атомам ксенона.

Увеличенный фрагмент «трамплина» весов, снятый сканирующим туннельным микроскопом.