Zinātnes un tehnikas jaunumi, interesanti fakti
Zinātnes un tehnikas jaunumi, interesanti fakti
![](http://xen-maint.lu.lv/_design/transparent.gif)
Briljants kosmosā
![](fileadmin/user_upload/lu_portal/terra/2009/jan-feb/steins_l.jpg)
Asteroīds 2867 Šteins nosaukts izcilā latviešu astronoma Kārļa Šteina (1911–1983) vārdā. Astronomiju K. Šteins ir bagātinājis ar saviem pētījumiem par Saules un planētu sistēmas izcelsmi un planētu kustību, kā arī precīzā laika mērīšanu. K. Šteins ir pētījis arī mazās planētas un vienai no tām devis nozīmīgu vārdu – 1284 Latvia.
Lai arī šobrīd identificēti tūkstošiem asteroīdu, tikai astoņus no tiem kosmiskie aparāti pētījuši tuvplānā. Tas, ka šāds līdz šim nebijis notikums realizējies Latvijas jubilejas gadā, simboliski akcentēja Latvijas zinātnieku ieguldījumu dabaszinātņu un tieši astronomijas attīstībā.
Rosetta ir Eiropas Kosmiskās aģentūras (ESA) projekts, kura galvenais mērķis ir pētīt 67P/Čurjumova–Gerasimenko komētu, 2014. gadā nogādājot uz tās nolaižamo aparātu un vienu gadu paliekot orbītā ap komētu. Ceļš uz komētu veidots tā, ka Rosetta trajektorija iet gar diviem asteroīdiem – 2867 Šteinu un 14 Lutēciju.
Pārlidojumā noskaidrojās, ka asteroīds ir 5,9×4,0 km liels, galvenokārt pelēkā krāsā. Tā vienā galā redzams liels krāteris aptuveni 2 km diametrā. Šteins apriņķo ap savu asi sešās stundās un trīs minūtēs, bet Sauli – 3,6 gados. Tas pieder pie galvenās asteroīdu joslas – tā orbīta atrodas starp Marsa un Jupitera orbītām. Šteins ir reta, t. s. E–tipa asteroīds, tādēļ tā pētījumi bija īpaši nozīmīgi, lai iegūtu papildus informāciju par Saules sistēmas veidošanos. Ar neapbruņotu aci asteroīds nav novērojams, to var saskatīt tikai ar profesionālas klases teleskopiem.
NASA: “starpplanētu internets” izturējis pirmo pārbaudi
ASV Kosmosa aģentūra 2008. gada 18. novembrī paziņoja, ka Kalifornijas Tehnoloģiju institūta Reaktīvās kustības laboratorijas inženieri, izmantojot Pārtraukumu drošā tīkla (Disruption–Tolerant Networking – DTN) programmatūru, pārraidījuši uz Epoxi misijas kosmosa kuģi Deep Impact un saņēmuši no tā atpakaļ dučiem dažādu kosmosa uzņēmumu. Deep Impact tobrīd atradies aptuveni 32,4 miljonus kilometru tālu no Zemes.
“Šis ir pirmais solis pilnīgi jauna veida kosmosa sakaru – starpplanētu interneta – izveidē,” teica NASA kosmosa tīklu arhitektūras, tehnoloģiju un standartu menedžeris Adrians Hūks.
DTN programmatūra, kas spēj turpināt datu pārraidi, neraugoties uz kavējumiem, pārtraukumiem un savienojuma atslēgumiem, tika izstrādāta sadarbībā ar datorzinātnieku, vienu no kompānijas Google viceprezidentiem, nereti par interneta tēvu dēvēto Vintu Sērfu (Vint Cerf).
Jaunais programmnodrošinājums atšķiras no šobrīd interneta saziņai izmantotajiem TCP/IP protokoliem un datu pakešu nosūtīšanu veic ar citu metodi. DTN nav nepieciešams pastāvīgs datu apmaiņā iesaistīto datoru savienojums. Ja adresāts nav sasniedzams, paketes netiek dzēstas, bet saglabātas katrā mezglā tik ilgi, līdz pārsūtīšana ir veiksmīga.
Līdzīgi darbojas arī e-pasta serveri un p2p failu apmaiņas programmas, taču tās nebija izmantojamas bezvadu sakaru nodrošināšanai kosmiskos attālumos.
Pārraižu kavējumu un traucējumu radīto problēmu pārvarēšana bija viens no DTN izstrādē izvirzītajiem mērķiem. Ja, darbojoties relatīvi nelielos attālumos, Zemes datortīklos atbildes signāli tiek saņemti gandrīz acumirklī, tad kosmiskos mērogos gaismas ātruma ierobežojumu dēļ tas praktiski nav iespējams. Lai, piemēram, nosūtītu pieprasījumu un saņemtu atbildi no Marsa, brīdī, kad tas atrodas vistuvāk Zemei, mums nepieciešamas septiņas minūtes. Sarkanās planētas tālākajā pozīcijā šai pašai darbībai jau būs vajadzīgas veselas 40 minūtes. Šim apstāklim vēl jāpievieno Saules vēja radītie radiosakaru traucējumi, pašu planētu magnetosfēru pulsācijas, debess ķermeņu rotācija un daži citi nelabvēlīgi faktori.
Otrs svarīgākais darba uzdevums bija kosmiskās saziņas līdzekļu standartizācija. “Šobrīd gandrīz katram kosmosa kuģim vai bezpilota aparātam tiek veidots tā konkrēto mēraparātu, sensoru sistēmu un manipulatoru vajadzībām pieskaņots saziņas sistēmas programmnodrošinājums,” intervijā portālam techno-logyreview.com teica Dr. Vints Sērfs. “Mūsu vēlme bija radīt kosmosā izmantojamu datu pārraides protokolu, kas, līdzīgi kā internets uz Zemes, ļautu viegli saslēgt vienotā tīklā dažnedažādas, pilnīgi atšķirīgas elektroniskās iekārtas.”
“Līdz šim mūsu speciālisti paši ievadīja visas komandas un norādīja programmatūrai, kādus datus un uz kurieni sūtīt, taču, kad DTN būs standartizēts, tas viss noritēs automātiski,” atzīmēja Reaktīvās kustības laboratorijas DTN Eksperimentālā operāciju centra Pasadenā vadītājs Leigs Torgersons.
Pirmās DTN pārraides tika īstenotas starp 10 mezgla datoriem, no kuriem nozīmīgākais atradās uz autonomā kosmiskā aparāta Deep Impact klāja. Pārējie deviņi atradās laboratorijā un imitēja Marsa orbitālos satelītus, planetārās zondes un bāzes izpētes stacijas. Datu nosūtīšanai un saņemšanai tika izmantotas NASA paraboliskās antenas, kas darbojas jau kopš 20. gadsimta 60. gadu sākuma.
Kā norādīja Dr. Sērfs, izstrādājot šādu tehnoloģiju, mēs nevarējām nedomāt par drošības jautājumiem. Sistēmā ir iebūvētas noteiktas aizsardzības struktūras. Katrs tīkla mezgls, pirms izveidot savienojumu ar kādu citu datoru, pārbaudīs tā identitāti. Ja tā nebūs atpazīstama, datu pārraide nenotiks. Lai nepieļautu nelikumīgu piekļuvi kosmiskā tīkla iekārtām (vienkāršāk sakot: lai neļautu ārvalstu specdienestiem vai hakeriem–anarhistiem uzlauzt kāda ASV kosmosa kuģa datorsistēmu), plānots izmantot sarežģītas autorizācijas un datu šifrēšanas metodes.
Nākamajā gadā DTN programmatūru, vēstī www.nasa.gov, paredzēts izmēģināt Zemes orbītā riņķojošās Starptautiskās Kosmiskās stacijas datoros.
Zinātnieku brīdinājums – nanodaļiņas
Britu zinātnieki nākuši klajā ar brīdinājumu par ikdienas patēriņa priekšmetu ražošanā izmantoto nanodaļiņu iespējamo apdraudējumu cilvēku veselībai.
Nanodaļiņas, kuru izmērs ir tik mazs kā miljonā daļa no smilšu graudiņa, šobrīd tiek apzināti izmantotas aptuveni 600 produktos visā pasaulē. To pielietojums ir ļoti plašs – no zeķēm līdz sauļošanās krēmiem un no datoriem līdz pat pārtikas piedevām. Taču laikā, kad nanoražojumu skaits arvien pieaug, tikpat kā nekas nav zināms par to, kādus procesus šīs mikroskopiskās daļiņas var ierosināt, nonākušas cilvēka organismā.
Nesen publiskotajā Karaliskās Vides piesārņojuma izpētes komisijas pārskatā par divus gadus ilgušiem nanodaļiņu pētījumiem teikts, ka tās, iespējams, var nelabvēlīgi iespaidot veselību. Komisija norāda, ka pamatotāku secinājumu izteikšanai nepieciešama iesāktās izpētes turpināšana.
Pašlaik lielākās bažas zinātniekiem izraisa toksiskās nanodaļiņas, kas varētu izspiesties caur ķermeņa aizsargbarjerām un iekļūt, piemēram, smadzenēs vai embrija asinsritē.
Laboratorijas pētījumos atklāts, ka “gudro” audumu, autoriepu un tenisa rakešu izstrādē izmantotās oglekļa nanošķiedras uzbūves ziņā atgādina plaušu vēzi izraisošās azbesta mikrostruktūras. Zinātnieki norāda uz šīs līdzības simbolisko raksturu, atgādinādami, ka arī azbests savulaik bija jauns un daudzsološs materiāls.
Viens no nanotehnoloģijās visplašāk izmantotajiem metāliem ir sudrabs. Jau kopš antīkās Romas laikiem zināms, ka sudrabam piemīt antiseptiskas īpašības. Iestrādājot audumā sudraba nanodaļiņas, ir izdevies izveidot smakas absorbējošas zeķes un sporta apģērbu. Diemžēl nanodaļiņu līmenī sudrabs kļūst toksisks. Vairākos pētījumos novērota sudraba nanodaļiņu toksiskā ietekme uz zīdītāju šūnām.
Komisijas priekšsēdētājs profesors sers Džons Lautons brīdināja, ka nanotehnoloģiju attīstība var sākt līdzināties ģenētiski modificētu augu izstrādei – procesam, kas norisinās zinātnieku vadībā, bez sabiedrības izpratnes un atbalsta.
“Patreiz, kad šīs tehnoloģijas atrodas vēl tikai izstrādes sākumstadijā, mums nav liecību, ka nanomateriāli var nodarīt kaitējumu cilvēku veselībai vai videi,” apgalvoja Lautons.
“Tomēr,” profesors turpināja, “vai mēs varam zināt, ka nanomateriāli ir droši? Nē, to mēs nevaram. Nav pierādījumu par nodarīto kaitējumu, taču lielā mērā to nosaka mūsu rīcībā esošo datu nelielais apjoms un ierobežotais raksturs.”
Karaliskā komisija noraidīja iespēju noteikt tūlītēju nanotehnoloģiju aizliegumu, jo uzskata, ka daudzi nanomateriāli sniedz milzīgas priekšrocības. Titāna dioksīda nanodaļiņas sauļošanās krēma sastāvā, piemēram, nodrošina efektīvu aizsardzību pret ādas vēža rašanos, bet oglekļa nanocaurules varētu izmantot ļoti precīzai zāļu nogādei tieši audzējos.
Vienlaikus profesors Lautons uzsvēra, ka nepieciešams steidzami un ievērojami palielināt eksperimentālo izpēti, lai, vispirms vēršot uzmanību uz tiem izstrādājumiem, kas jau tagad izraisa bažas, varētu pārliecināties par nanomateriālu drošību.
Lielbritānijas valdības Vides, pārtikas un lauksaimniecības lietu departamenta pārstāvis, komentējot komisijas atzinumus, teica: “Valdība turpinās atbalstīt pētījumus par nanotehnoloģiju ietekmi uz veselību un vidi. Mūsu ministri strādā, lai paplašinātu patreiz spēkā esošo ES un Lielbritānijas ražošanas regulu kopumu, tajā iekļaujot arī nanotehnoloģiju izmantošanas nosacījumus.”
Pasaules drošākā sēklu banka
Augkopībā pasaulē pastāv milzīga sugu un šķirņu daudzveidība. Tā ir vērtīgs ģenētiskais materiāls gan šodienas patēriņam, gan nākotnes selekcijas vajadzībām. Lai to nezaudētu, augu sēklas būtu gandrīz katru gadu jāiegūst no jauna, jo daudzām ātri zūd dīdzība. Pārtikas apgādes ziņā visnozīmīgākā ir graudaugu šķirņu sēklu saglabāšana. Kultūraugus apdraud pēdējos gados ļoti plašā un postošā kaitēkļu un slimību izplatīšanās, kā arī ģenētiski modificētu augu iespējamā krustošanās ar nemodificētiem augiem. Īpaši apdraudēti ir kukurūza, rīss un rapsis. Kultūraugu šķirņu raža un tātad arī sēklas var pilnībā aiziet bojā arī klimatisku katastrofu vai kara gadījumā.
Zinātnieki izpētījuši, ka sēklas ilgstoši saglabā dīdzību, ja tās sasaldē –10 vai pat –20 °C temperatūrā. Šādas sēklu krātuves uzbūvētas daudzviet pasaulē, kopskaitā ap 1 400, un tās sauc par sēklu bankām. Vairākums sēklu banku atrodas tropiskajos apgabalos, to zemās temperatūras uzturēšana atkarīga no elektriskās strāvas. Strāvas padevei pārtrūkstot, uzglabātās sēklas zaudēs dīdzību. Lielbritānijā 2000. gadā atklāja pasaulē lielāko augu sēklu banku Millennium Seed Bank, kurā sasaldētu sēklu glabāšana arī atkarīga no elektriskās strāvas padeves.
Norvēģijas valdība uzsāka projektu – pasaulē drošākās sēklu bankas izveidi – mūžīgajā sasalumā Špicbergenas salās, tikai 800 km no ziemeļpola. Vecās ogļraktuvēs 120 metrus dziļā pazemē tika izveidots bunkurs, sastāvošs no trim telpām, katra 27 m gara, 10 m plata un 6 m augsta. Bunkurs atrodas 130 m virs jūras līmeņa, tātad, pat klimatam mainoties un jūras līmenim ceļoties, tas neapplūdīs. Bunkurs būvēts no bieza armēta betona un aprīkots ar dzelzs dubultdurvīm, tādēļ necietīs pat atomkara vai lidmašīnas katastrofas gadījumā. Sēklu banku Norvēģijā atklāja 2008. gadā. Tajā ievietoti 4,5 miljoni derīgo un kultūraugu sēklu paraugu, sēklas ir sasaldētas pie –18 °C. Šīs sēklu bankas drošumu nosaka mūžīgais sasalums. Ja strāvas padeve tiek pārtraukta, tas uztur temperatūru –3,5 °C, kas ļauj saglabāt sēklu dīdzību ļoti ilgi, piemēram, saulespuķu sēklām līdz 55 gadiem, zirņu sēklām līdz 10 000 gadiem. Sēklu paraugus laiku pa laikam paredzēts atjaunināt.
Projektā piedalās un savas sēklas sūta 175 valstis. Tā no Nigērijas Tropu lauksaimniecības institūta tika atsūtītas 20 kastes ar 7 000 sēklu paraugiem, savāktiem no 36 valstīm, no Filipīnām tiks sūtīti 70 000 dažādu rīsa šķirņu un varietāšu paraugi, no Vācijas 10 000 sēklu paraugiem arī daļa nonāks Špicbergenā, tās ir kviešu, miežu, rudzu, pupu, zirņu un daudzu citu augu sēklas.
Sēklu bankas uzturēšanas izdevumus segs Norvēģijas valdība un ANO. Norvēģijas lauksaimniecības ministrs šo sēklu banku nodēvēja par Noasa šķirstu, kas saglabās augu bioloģisko daudzveidību galvenokārt nākamajām paaudzēm.
Sākam mākslīgā intelekta izstrādi
Korporācija IBM paziņojusi, ka sadarbībā ar piecām neiroloģijas un datorzinātņu nozarēs vadošām ASV universitātēm sāks izstrādāt teorētiskos pamatus datorsistēmai, kas darbosies atbilstoši cilvēka smadzeņu principiem, raksta portāls newsfactor.com. Gan sistēmas programm-, gan tehniskie risinājumi tiks modelēti, lai simulētu sajūtu, uztveres, darbības, apziņas–smadzeņu mijiedarbības un izziņas procesus. Tai vajadzēs tērēt maz enerģijas, bet izmēros jaunās paaudzes datorsistēma nedrīkstēs pārsniegt cilvēka smadzeņu apjomu.
Smadzeņdatora izstrādi finansē ASV militārās aizsardzības tehnikas projektu aģentūra DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), un tas iekļaujas šīs Pentagona nodaļas īstenotajā Neiromorfo adaptīvo, plastisko un mērogmaiņas spējīgo elektronisko sistēmu (SyNAPSE) iniciatīvā. Darba pirmajai kārtai piešķirti 4,9 miljoni dolāru, summa, kas saskaņā ar Groningenas universitātes (Nīderlande) Neiroattēlu centra vadītāja Kristiāna Kaizera domām, šāda mēroga projektam ir nesamērīgi maza.
Viens no presē minētajiem sistēmas izstrādes uzdevumiem ir liela apjoma informācijas pārvaldes risinājumu meklēšana. Ik gadus digitālo datu apjoms pasaulē pieaug par 60%, radot potenciāli milzīgas iespējas, kas diemžēl nevar tikt pietiekami efektīvi izmantotas, jo nav tehnisko līdzekļu, kas pieejamo informācijas daudzumu varētu uzraudzīt, analizēt un atbilstošajā situācijā adekvāti reaģēt reālajā laikā. Patreizējie datori spēj uzkrāt milzīgus datu apjomus, bet nevar tos autonomi izmantot no konteksta atkarīgu lēmumu pieņemšanai. Lai to īstenotu, nepieciešamas jauna līmeņa tehnoloģijas, kuras varētu radīt ar tā sauktās kognitīvās skaitļošanas palīdzību. “Kognitīvā skaitļošana meklē veidus, kā, izmantojot reverso inženieriju, uzbūvēt apziņai līdzīgu inteliģentu mašīnu, kuras struktūra, dinamika, funkcionalitāte un izturēšanās atbilstu smadzeņu darbībai,” teica IBM vadošais zinātnieks Dr. Darmendra Modha (attēlā).
Citiem vārdiem, zinātnieki beidzot cer spert pirmos nopietnos soļus mākslīgā saprāta radīšanā. Kognitīvais dators, saskaņā ar IBM pārstāvja teikto, varētu darboties kā “globālās smadzenes”, kas vienā acumirklī pareizi saliks kopā atsevišķos, dažnedažādu sensoru piegādātos datus un palīdzēs pieņemt pareizo lēmumu.
Tehniski projektu paredzēts īstenot, kā pamatu ņemot neirozinātnieku labi izpētītos dzīvnieku smadzeņu darbības zemākā līmeņa mehānismus – neironus un tos savienojošās sinapses, kā arī jaunāko superdatoru simulācijas spējas. Pagājušajā gadā, piemēram, D. Modha vadīja eksperimentu, kurā IBM superdators BlueGene, simulējot aptuveni 55 miljonu neironu un pusi triljona sinapšu saziņu, atveidoja peles smadzeņu darbību.
“Tomēr pats lielākais izaicinājums būs simulācijās noskaidroto ar nanotehnoloģiju palīdzību iemiesot taustāmās elektroniskās ierīcēs,” teica Dr. Modha. Kā zināms, tikai pavisam nesen kļuva tehnoloģiski iespējams radīt mākslīgu struktūru, kas līdzinās īsto smadzeņu neironu un sinapšu mikroskopiskajiem izmēriem – vienā kvadrātcentimetrā ietilpst ap 10 miljoniem šo sīksīko nervu sistēmas pamatvienību. Pagaidām gan vēl nav izstrādāts nanomateriāls, kas līdzinātos neironiem to spējā pastiprināt vai pavājināt savstarpējās saites atkarībā no cauri plūstošā elektriskā signāla veida.
BBC žurnālists Džeisons Palmers, rakstot par šo ambiciozo projektu, apcer varbūtējo mākslīgā saprāta pirmo domu: “Brīvi no sākotnēji ieprogrammēto funkciju ierobežojumiem, datori varēs apkopot jebkurus datus, tad, balstoties savā iepriekšējā pieredzē, tos izvērtēt un noglabāt atmiņā, lai, iespējams, sāktu risināt problēmas veidā, ko mēs saucam par domāšanu.” Te gan būtu vieta jautājumam, uz kuru atbildes līdz šim, šķiet, meklējuši tikai zinātniskās fantastikas autori – vai mākslīgais saprāts neizlems, ka problēma nr. 1 ir cilvēks un šīs problēmas loģiskākais risinājums – cilvēku iznīcināšana?
Materiālus sagatavoja Valters Grīviņš un Ingrīda Jansone-Henkuzene. Izmantota arī Latvijas Astronomijas biedrības informācija