Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2014 № 06

Еще Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства США (NASA) обнародовало видео испытаний робота-астронавта Robonaut 2 (R2), который сейчас осваивает еще одну специальность. Его хотят использовать в качестве медбрата. Испытания робота проводятся при участии врача Цзолта Гарами из Методического исследовательского института Хьюстона, который сумел при помощи R2 произвести несколько медицинских процедур.

Отработка действий врача-оператора R2 производится на манекене. Благодаря роботу, Гарами сумел провести ультразвуковое исследование и сделать укол. Система дистанционного управления R2 позволяет оператору контролировать усилие манипуляторов робота и выполнять процедуры, требующие точности и аккуратности. В NASA рассчитывают, что в перспективе роботы на базе R2 будут использоваться в телемедицине на Земле и на орбите.

Однако пока конструкторы тщательно, шаг за шагом, репетируют все фазы передвижения робота в лаборатории и на специальном полигоне компании General Motors (GM), снова и снова проверяя систему управления роботов, отрабатывают надежность всех подвижных узлов, готовят новый компактный источник питания…

Поскольку роботам не нужны ни кислород, ни вода, ни еда, есть смысл засылать таких разведчиков на еще не изведанные планеты. Однако надеяться, что такие разведчики появятся уже в ближайшем будущем, наверное, не стоит. Тот же робот Robonaut является частью проекта NASA Project M, который ведется уже 17 лет. Всего же проект рассчитан на полвека.

Российский SAR(вверху) и американский Robonaut(внизу) готовятся к полету на орбиту.

Испытания робота Robonaut 2на земном полигоне.

Испытания робота-астронавта Robonaut 2начались и на МКС.

Кандидат биологических наук, доцент МГУ имени М. В. Ломоносова Алексей Полилов удостоен премии президента Российской Федерации 2013 года в области науки и инноваций за результаты исследований строения и пределов миниатюризации мельчайших многоклеточных живых организмов. Какие подробности скрываются за официальной формулировкой?

Алексей Алексеевич Полилов — один из мировых лидеров в довольно необычной области науки, он изучает микроскопических насекомых. Почему так получилось? «А вы посмотрите на них под микроскопом, — отвечает он. — Они устроены не менее сложно, чем большие насекомые, хотя и очень маленькие».

Крошечные насекомые, чей размер порой даже меньше, чем размер некоторых простейших амеб, послужили основой для огромного по объему исследования, в ходе которого А. А. Полилов опубликовал более 50 работ.

Ранее о таких насекомых было почти ничего не известно, поэтому исследователю пришлось начинать с самых азов. Им были разработаны способы поиска и сбора насекомых, методики исследования, как наружного, так и внутреннего строения с помощью оптического и электронного микроскопов, а также трехмерного компьютерного моделирования. Заодно в ходе обработки морфологического материала открыты и описаны 3 новых рода, 12 новых видов микронасекомых.

Причина, по которой до сих пор микроскопические насекомые не были изучены, — трудность их препарирования. Дело требует большого терпения и соответствующих навыков. Еще одна проблема — некоторых насекомых трудно обнаружить в природе. Представителей рода Megaphragma, которые теперь поселились на лабораторных растениях, Алексей Полилов искал в Португалии несколько лет, пока не понял, в какое время года их нужно искать.

«Смысл в том, что этих насекомых надо ловить зимой, а не летом, как все думали, — говорит Алексей Полилов. — Сейчас я уже точно знаю, где они живут, приезжаю и за 2 часа набираю сотни и даже тысячи экземпляров».

В ходе исследований А. А. Полилов выделил определенные черты, свойственные миниатюрным насекомым, среди которых, с одной стороны, общая схожесть их строения со строением более крупных особей, а с другой — ряд уникальных особенностей, обусловленных миниатюризацией. В частности, они включают в себя особое строение кровеносной и дыхательной систем.

Помимо этого выяснено также, что размеры внутренних органов при уменьшении размеров организма меняются непропорционально (например, половая и нервная системы гораздо больше относительно размеров тела у миниатюрных насекомых, чем у крупных видов).

В довершение были выделены ступени миниатюризации и впервые сформулированы гипотезы о факторах, препятствующих дальнейшему уменьшению размеров тела. В частности, одно из ограничений связано с числом Рейнольдса; то есть, говоря попросту, сверхмалым насекомых становится трудно летать. Но главное — дальнейшему уменьшению препятствуют минимально допустимые размеры нервной системы и органов чувств. Меньше, чем у этих насекомых, они быть уже не могут.

Это открытие важно не только для энтомологии. По сути, А. Полилов занимается одной из ключевых проблем науки — эволюцией жизни. Почему она приобретает те или иные формы, дает «добро» одним видам и отсекает другие? Как известно, каждый вид животных выбирает свой путь эволюции. К примеру, позвоночные в основном увеличивались в размерах, а насекомые пошли в противоположную сторону — миниатюризации. И получили ряд преимуществ. Так, им требуется меньше энергии и пищи. Чем насекомое миниатюрнее, тем легче ему прятаться от врагов. А еще у них чаще смена поколений и, при необходимости, быстрый прирост популяции.

Наиболее совершенную «конструкцию» среди микронасекомых имеют микроскопические осы Megaphragma, которых как раз изучает А. А. Полилов. «Мы обнаружили неожиданный факт: нейроны взрослых ос практически лишены ядер, — говорит ученый. — Это феномен. Ведь в природе нет живых существ, у которых нервная система не имеет ядер. Установлено также, что для обеспечения жизнедеятельности насекомому достаточно нервной системы всего лишь из 7 400 таких безъядерных нейронов»…

Почему природа пошла на такой эксперимент? По мнению Полилова, все дело опять же в миниатюризации. У куколки этой осы нейроны, как и положено, оснащены ядрами, но из-за этого нервная система получается аномально большой. Она занимает около 17 процентов объема тела и поглощает много энергии. Природа нашла неожиданный выход. Она убрала ядра из нейронов, сжав нервную систему до предела. В итоге оса стала размером с одноклеточную амебу. Но вот что самое поразительное. По сути, лишившись нервной системы, оса ничуть не потеряла в интеллекте. Она летает, находит себе добычу, размножается.