Исследователи из университета Уцуномии (Utsunomiya University), Япония, разработали технологию формирования при помощи лазера крошечных пузырьков в объеме жидкости. Эти пузырьки, местоположение которых выдерживается с высокой точностью, рассеивают свет от внешнего источника, превращая, тем самым сосуд с жидкостью в своего рода трехмерный дисплей, изображение которого видимо безо всяких очков и с любой точки зрения. Нынешняя технология является лишь доказательством работоспособности заложенных в нее идей, но в будущем на ее основе могут быть созданы полноцветные динамические объемные дисплеи, предназначенные для художественных выставок и музеев, к примеру, и позволяющие зрителям рассмотреть изображение объекта со всех его сторон.

Пузырьки в объеме жидкости формируются за счет эффекта многофотонного поглощения, который возникает при фокусировке света двух фемтосекундных лазеров в одной точке пространства. Такой подход позволяет формировать пузырьки в заданной точке объема с высокой точностью. Используемая для заполнения сосуда жидкость имеет большую вязкость и это не позволяет сформированным пузырькам быстро подниматься вверх. Через непродолжительное время пузырьки исчезают и «пузырьковое» изображение требует повторной регенерации.

«Пузырьковое» изображение становится видимым при его освещении светом от внешнего источника, мощного светодиода в данном случае. Японские исследователи использовали многоспектральный светодиод, что позволяет окрашивать «пузырьковое» изображение в синий, зеленый, красный, белый, желтый и другие цвета. Более того, освещение пузырьков светом от цифрового проектора позволит в будущем окрашивать отдельные участки формируемого изображения в разные цвета.

Вместо того, чтобы формировать один пузырек за другим, последовательно «сканируя» лучами лазеров весь объем жидкости, исследователи использовали своего рода голограмму, генерируемую компьютером. Эта голограмма представляет собой трехмерный образ, позволяющий управлять с достаточно высокой точностью количеством и размерами формируемых микропузырьковых пикселей. Такой подход позволяет увеличить количество рассеиваемого пузырьками света, что, в свою очередь, делает изображения более четкими и контрастными.

А сейчас исследователи разрабатывают технологию, позволяющую создавать и управлять движением потоков жидкости в объеме сосуда. Эта технологий позволит быстро «стереть» сформированное ранее изображение или заставит его двигаться. Кроме этого, исследователями ведется адаптация микропузырьковой технологии для возможности создания при ее помощи изображений больших размеров внутри сферических сосудов. И для этого исследователям потребуется создать достаточно сложный алгоритм компенсации сферических искажений, которые обусловлены разницей в коэффициентах преломления света воздуха, стекла сосуда и заключенной в нем жидкости.

Международная группа ученых, возглавляемая учеными из Массачусетского технологического института, создала первое в своем роде гибкое волокно, толщина которого сопоставима с толщиной человеческого волоса и которое позволяет передавать в мозг и получать обратно сигналы электрической, химической и оптической природы одновременно. Над созданием этого волокна работала ученые-материаловеды, химики, биологи и ученые других направлений, а в будущем, после того, как волокно приобретет еще более биологически совместимый характер, оно может быть использовано для изучения особенностей функционирования мозга, взаимосвязей между отдельными участками мозга и, естественно, для создания новых и более совершенных видов интерфейса между мозгом и компьютером.

Материал универсального «проводящего» волокна подбирался таким образом, чтобы обеспечить его максимальное подобие мягким нервным тканям. Это, в свою очередь, позволит подключать к мозгу имплантаты любой степени сложности, при этом, глубина «погружения в мозг» будет намного больше, чем это позволяют сделать используемые сейчас матрицы жестких металлических или кремниевых электродов.

Естественно, испытания функционирования волокна производились на подопытных животных. Через один из двух крошечных каналов внутри волокна в нейроны мозга грызунов был введен генетический препарат, делающий эти нейроны чувствительными к свету. Затем обработанные нейроны были освещены светом, переданным через оптический волновод внутри волокна. И под конец, ученые произвели регистрацию электрической деятельности отдельных нейронов, используя для этого электрическую проводимость определенных слоев волокна. И все это было сделано при помощи единственного волокна, толщиной около 200 микрометров, что чуть больше толщины человеческого волоса.

Ключевым моментом, позволившим создание такого многофункционального волокна, стала технология производства тончайших проводников, гибких и имеющих высокую электрическую проводимость. Основу проводников составляет тонкая полиэтиленовая трубочка, объем которой заполнен «хлопьями» графита. А процесс ее производства заключается в повторяющейся последовательности двух операций, нанесения графитового слоя на полиэтиленовую основу и сжатие всего этого под давлением с последующим нанесением очередного тончайшего слоя полиэтилена. Наличие графита в специальном полиэтилене, которой обладает собственной электрической проводимостью, увеличило его проводимость в четыре-пять раз.

Помимо высокой электрической проводимости, созданное волокно обладает прозрачностью, достаточной для передачи по нему оптических каналов. Кроме этого, за счет увеличения толщины одного из графитовых слоев во время производства, в одном волокне организовано два независимых световода, которые практически не оказывают влияния друг на друга. А полости, оставленные в объеме волокна, выступают в роли каналов, которые можно использовать для транспортировки по ним жидких веществ.

За счет малой толщины волокна ученые имеют возможность использовать матрицы таких волокон, охватывая ими достаточно большие участки мозга. Для демонстрации этой возможности волокна были помещены в несколько отдельных участков мозга подопытного животного, что это позволило ученым проследить пути следования нервных сигналов и сигналов ответных реакций мозга на эти сигналы.

В ближайшем времени ученые планируют уменьшить толщину многофункционального волокна, сделав его более гибким. Помимо этого, на замену полиэтилену ищется материал, который обеспечит волокну большую мягкость и увеличит его биологическую совместимость со всеми видами нервных тканей. А тем временем множество научных групп из различных уголков земного шара уже оценили возможности новой разработки и запросили в свое распоряжение некоторое количество многофункционального волокна для проведения собственных исследований.

Куски цeпoчeк ДНК являются вeсьмa унивeрсaльным стрoитeльным мaтeриaлoм ради сoздaния рaзличныx oргaничeскиx издeлий нa микрoурoвнe. Из ДНК уже были созданы крошечные роботы, самовоспроизводящиеся механизмы, а теперь из ДНК удалось создать крошечный двигатель. Команда ученых из университета Киото и Оксфордском университета использовала во (избежание этого кусочки ДНК, выступавшие в роли базовых строительных блоков. Двигатель, тот или у них получился, способен двигаться по крошечным рельсам, соединенным между собой переключателями, подобными железнодорожным стрелкам. Таким образом, весь дис этого двигателя и конфигурацию сети из «рельс» можно задавать произвольно во время процесса, подобного программированию компьютера.

Создаются все части этой сложной микроустановки с использованием технологии, называемой «искусство из ДНК». Подобно оригами из бумаги, оригами из ДНК этак же изгибают в двух- и трехмерные структуры. Это делается с помощью воздействия нате цепочки ДНК различными химическими веществами, а последовательность соединенных цепочек определяет конечную форму, которую примет законченная эписома ДНК. Миниатюрные «рельсы», по которым будет передвигаться ДНК-двигатель, что-то около же устанавливаются подобным образом сверху основания, так же сделанного из коротких частей ДНК.

Беспричинно как ДНК-двигатели передвигаются вдоль путей и эти пути можно предрешить заранее и перепрограммировать впоследствии, то этот двигатель по существу может сдвигать информацию, подобно тому как это делают электроны в обычных компьютерах. Числом существу эта система является медленным биологическим компьютером, изготовленным полностью из цепочек ДНК.

«Да мы с тобой находимся в самом начале разработки технологий изготовления из ДНК различных технических систем» — рассказывает педагог Хироши Суджияма (Hiroshi Sugiyama). — «Пока еще есть множество проблем технического плана, которые мешают наживать повторяемые результаты. Но из-за того, что область, над которой пишущий эти строки работаем, имеет огромные перспективы в самых различных областях, то мы в конце концов найдем правильный линия».

Все вышеизложенное звучит достаточно интересно. Но что можно практически обрести, используя системы на базе ДНК? Конечно, такие системы не будут обеспечивать быстродействия в уровне компьютеров, но для решения на молекулярном уровне несложных логических задач, в которых участвуют всего немножечко входных данных и один выход, такие системы подходят как нельзя кризис миновал. А такие несложные системы могут стать базовыми блоками из которых будут хотеть системы более высокого уровня, решающие более сложные задачи. Такая программируемая ДНК-логика может стать основой биокомпьютеров, которые могут выполнять, пусть себе на здоровье и неторопливо, свои функции в специфичной окружающей среде и чувствительных датчиков.

Работа профессора Суджиямы была опубликована в недавнем выпуске журнала Nature Nanotechnology.