Задавшись этим вопросом, ученые сначала поставили простой лабораторный эксперимент. Между муравьиным гнездом и кормушкой с сахаром организовали две дорожки разной ширины и стали наблюдать за поведением насекомых. Естественно, более узкий путь вскоре оказался перегруженным, но перемещение муравьев осталось весьма эффективным. Выяснилось, что они действовали по очень простому алгоритму. Если возвращавшийся в гнездо по запруженной собратьями дорожке сытый муравей сталкивался у развилки с голодным, то отталкивал его на альтернативный путь. Но если сытый считал, что его путешествие домой прошло без особых проблем - он не корректировал маршрут встречного муравья, бегущего к кормушке.
Ученые запрограммировали это простое правило и проверили его работу на компьютерной модели в сетях со сложной геометрией при разной ширине и длине путей. Выяснилось, что хотя в случае с разветвленной сетью дорог муравьиная тактика не всегда позволяет двигаться по кратчайшему пути, она все равно остается достаточно эффективной.
Возможно, и водителям будет легче избежать пробок, если встречные автомобили на перекрестках будут каким-то образом передавать им информацию о загруженности дорог. Похожие процедуры можно также использовать в телекоммуникационных сетях. Есть и другие практические задачи, которые удастся оптимизировать похожими децентрализованными алгоритмами. Во всяком случае, считают ученые, используемая муравьями тактика вполне может стать основой для поиска оптимального решения наших транспортных проблем. ГА
Музыка наномира
Уникальные свойства углеродных нанотрубок изучают уже не первое десятилетие, однако до сих пор никому не приходило в голову оценить их акустические возможности. Восполнить пробел решила группа китайских ученых, установившая недавно, что созданный ими тончайший лист из нанотрубок может играть роль плоского динамика. Оказалось, что при пропускании переменного тока такое нанополотно способно издавать достаточно громкий звук.
Лист из нанотрубок работает иначе, нежели традиционный динамик: измерения, сделанные лазерным виброметром, показали, что во время воспроизведения музыки полотно остается абсолютно неподвижным. В ходе дальнейших опытов выяснилось, что лист при пропускании через него переменного тока быстро нагревается и остывает в пределах от 20 до 80 градусов Цельсия (если дело дойдет до серийного производства, то коммерческие образцы, как ожидается, будут греться не так сильно). Быстрые колебания температуры приводят к колебаниям давления в непосредственной близости от полотна, из-за чего и возникают звуковые волны.
Любопытно, что это явление фактически было открыто больше ста лет назад Уильямом Генри Присом и Карлом Фердинандом Брауном (William Henry Preece, Karl Ferdinand Braun). Экспериментируя с металлической фольгой, ученые независимо друг от друга установили, что она может издавать звук при пропускании переменного тока. Это открытие впоследствии привело к созданию термофона - то есть устройства, использующего явление термической генерации звука. Правда, термофон позволял получать сигнал относительно небольшой громкости. В случае с листом из углеродных нанотрубок этот недостаток можно преодолеть, поскольку теплоемкость нанополотна на единицу площади в 260 раз ниже, чем у платиновой фольги. Соответственно, и энергии для генерации более громкого звука требуется гораздо меньше.
Китайские исследователи указывают на многочисленные достоинства новой технологии. Например, полотно из нанотрубок можно растянуть так, что оно станет почти прозрачным. Это позволит помещать лист поверх экрана мониторов и телевизоров для получения звука со всей поверхности дисплея. Поскольку во время работы полотно не вибрирует, оно не потеряет свои способности даже в том случае, если какая-то часть углеродных трубок будет повреждена. Нанодинамики можно делать любой формы и теоретически вшивать их в ткань для создания музыкальной одежды - есть о чем помечтать. ВГ
Клон из морозилки
Сложно составить исчерпывающий перечень факторов, определяющих роль той или иной страны в международном разделении труда и прогрессе технологий. Но какими бы они ни были, Японии раз за разом удавалось добиваться успеха не столько в решении фундаментальных научных проблем, сколько в доведении до ума имеющихся разработок и создании на их основе конкурентоспособных продуктов. За научные революции и сенсационные открытия со временем можно получить престижную премию, но деньги текут туда, где эти открытия умеют толково использовать.
Последние недели принесли две новости, касающиеся виртуозного применения клеточных технологий специалистами из Центра биологии развития в Кобе (RIKEN Center for Developmental Biology). Научная группа под руководством Терухико Вакаямы (Teruhiko Wakayama) смогла клонировать мышей, которые умерли и были заморожены шестнадцать лет назад. Самое важное, что грызунов-доноров не обрабатывали криоконсервантами и не морозили с использованием специальных режимов для обеспечения сохранности клеток: животных просто положили в морозильник, в котором поддерживалась температура –20 °C. Естественно, их клетки оказались повреждены. Чтобы клонировать таких мышей, ядра поместили в неоплодотворенные яйцеклетки, а когда те начали развиваться - осуществили вторичную пересадку ядер полученных эмбриональных клеток. Благодаря этим ухищрениям, из сорока шести линий эмбриональных клеток удалось получить тринадцать клонов!
Комментируя эту новость, обычно вспоминают о клонировании мамонтов. Конечно, возможность их оживления еще под вопросом. И дело не только в том, что вечная мерзлота хуже японских морозильников. При клонировании ядра пересаживают в яйцеклетки того же вида, а яйцеклеток мамонтов у исследователей как раз и нет. Для этих целей придется использовать яйцеклетки слона как наиболее близкого родственника мамонта из ныне живущих, но вероятность получения полноценного клона в этом случае невелика. И все же значение успеха японских биологов не стоит недооценивать. Даже если сейчас неясно, где могут "выстрелить" такие технологии, расширение границ возможного порой способно приносить плоды в самых неожиданных областях.
А где применять результаты другого исследования, не нужно и гадать. Группа Йосики Сасаи (Yoshiki Sasai), трудящаяся в том же Центре биологии развития, смогла вырастить из отдельных клеток участки мозговой ткани. Ученые использовали как эмбриональные стволовые клетки, так и индуцированные плюрипотентные клетки из тканей взрослого человека. Ясно, что применение второй категории клеток гораздо предпочтительнее. Лучше "омолодить" клетки взрослого человека, нежели использовать материал из абортированных зародышей. Но в обоих случаях, направляя рост и размножение делящихся нервных клеток, ученым удавалось вырастить фрагменты нервной ткани. Нейроны располагались в них закономерным образом, устанавливали контакты друг с другом и даже обменивались сигналами. Хотя метод пока рано использовать в медицинской практике, выращенные фрагменты ткани уже годятся, например, для тестирования лекарств. ДШ
Математики просят помощи
Важные проблемы современного состояния математики поднимает декабрьский выпуск журнала Notices of the American Mathematical Society, центральная тема которого посвящена формальным доказательствам.
Как известно, нет ничего надежнее строго доказанной математической теоремы. Она может быть бесполезна, а аксиомы, из которых она выведена, могут не иметь никакого отношения к реальности, однако в абсолютной надежности формального логического вывода никто не сомневается. Этому порой завидуют представители естественных наук, критерий истины в которых не формальная логика, а зачастую не слишком надежный опыт.
Но в последние десятилетия и в привилегированной касте математиков появились сомнения. Что такое строгое математическое доказательство в научной статье или книге? Оно написано человеком и для человека. Хуже того, специалистом и для специалиста. И где гарантии, что в нем нет ошибок? Аргументы в статье излагаются в повествовательной форме, облегчающей их восприятие. Многие известные результаты неявно предполагаются, многие вроде бы очевидные специалисту детали опускаются, и зачастую текст опирается на развитую интуицию профессионалов. Корректность аргументов в доказательстве оценивается другими математиками, порою в неформальных дискуссиях. В результате развитие математики превращается в некий социальный процесс в замкнутой среде.
Пока он был более-менее успешным. Ошибки в математических текстах сравнительно редки, хотя известны примеры неверных утверждений, которые долгое время считались правильными. Но в последние годы появился ряд таких длинных и сложных доказательств, что мало у кого достанет времени, квалификации и энергии, чтобы их как следует проверить. Хуже того, некоторые доказательства опираются на компьютерные программы, которые, как известно, могут содержать ошибки. Так почему же предполагается, что их нет и в самих доказательствах?
