Vybrali sme z Quarku 10/2020

29. okt. 2020 • Biologické vedy

Vybrali sme z Quarku 10/2020

Nestihli ste si kúpiť októbrový Quark? Dávame vám do pozornosti najzaujímavejšie články a novinky zo sveta vedy a techniky, ktoré priniesol za posledný mesiac.

Medzinárodný lov pokladov (Téma)

V rámci misie Mars 2020 sa 30. júla 2020 o 11.50 h svetového času vydalo na svoju cestu k Marsu robotické vozidlo Perseverance (Vytrvalosť), ktoré by malo 18. februára 2021 pristáť na červenej planéte v kráteri Jazero. Cieľom Perseverance bude pomocou sústavy Sample Caching System, ktorá je v prednej časti rovera, zozbierať vzorky a uložiť ich do 43 puzdier upevnených na bruchu vozidla. Puzdra sú zbavené akýchkoľvek zo Zeme pochádzajúcich organických látok, aby sa nemohli narušiť budúce analýzy. „Sample Caching System má za úlohu autonómne vŕtať do kameňov na Marse, vyňať nedotknuté jadrá vrtov a uložiť ich do hypersterilných puzdier, hermeticky ich uzavrieť a potom ich uložiť,“ uviedol hlavný inžinier rovera Perseverance Adam Steltzner z kalifornskej spoločnosti Jet Propulsion Laboratory (JPL), ktorá sa zaoberá vývojom pohonných jednotiek pre sondy a lietadlá NASA. Sample Caching System sa skladá z troch robotických mechanizmov. Prvým je dvojmetrová robotická ruka. Jej prednú časť tvorí pohyblivá hlavica, ktorá má okrem vedeckých prístrojov aj príklepovú vŕtačku na vŕtanie marťanských kameňov. Druhým robotom je zariadenie, ktoré vyzerá ako malý lietajúci tanier – bit carousel. Ide o akýsi otočný držiak nástavcov a funguje ako centrálny bod všetkých presunov vzoriek. Postará sa o presun puzdier (v tvare trubíc) naplnených vzorkami do útrob vozidla, kde na ne bude čakať ďalšie spracovanie. Zachytenie puzdier, ktoré pošle karusel, a ich presun medzi skladiskom a dokumentačným oddelením bude mať na starosti tretie robotické zariadenie – pol metra dlhá ruka. Všetky tri roboty musia fungovať úplne presne, dokonca lepšie ako švajčiarske hodinky, a to doslova. Typický strojček švajčiarskych hodiniek totiž tvorí takmer 400 častí, ale počet všetkých súčiastok Sample Caching System prevyšuje číslo 3 000. „Je to najkomplikovanejší a najsofistikovanejší mechanizmus, aký sme kedy postavili, otestovali a pripravili na kozmický let,“ dodal A. Steltzner.

Ako bude v skutočnosti prebiehať odber vzoriek, približuje hlavný tvorca rovera Perseverance: „Po tom, čo príklepová vŕtačka odoberie vzorku – jadro vrtu, hlavice na ramene sa otočia a spoja sa s jedným zo štyroch dokovacích kužeľov na karuseli. Ten sa otočí a vrták s puzdrom naplneným vzorkami sa dostane do útrob rovera, kde sa ich môže ujať rameno na manipuláciu so vzorkami. Rameno vyjme naplnené puzdro so vzorkou z vrtáka pripojeného ku karuselu a premiestni ho na snímkovacie stanovište. Tam dôjde k nasnímaniu kamerou umiestnenou v útrobách Sample Caching System. Po nasnímaní puzdra so vzorkou ju malé rameno premiestni na miesto, kde sa určí jej objem. Následne na vzorku zatlačí piest, ktorý tak určí, koľko materiálu sa v nej nachádza. V ďalšom kroku systém uloží puzdro do utesňovacej stanice, kde sa príslušný mechanizmus postará o hermetické utesnenie pomocou špeciálnej zátky. Záverečná fáza spočíva v uskladnení puzdra so vzorkou. S novou vzorkou sa celý proces opakuje.“

Celkovo sa ráta s viac než tridsiatimi vzorkami hornín, ktoré Perseverance pozbiera, uzavrie ich do hermeticky tesných puzdier a získané informácie odloží na strategické miesta do vyrovnávacej pamäte. Dostať puzdra so vzorkami na Zem bude už náplňou misie MSR.

Prečítajte si aj ďalšie články z oblasti vesmírneho výskumu: Hviezda v supernove nájdená, Mesto spojené s vesmírom.

Kempelenov opus magnum (Experimentálna fonetika)

Wolfgang von Kempelen (1734 – 1804) bol polyhistor, vynálezca, výtvarník, dramatik, iluzionista a polyglot z Prešporku. Najviac ho preslávil jeho šachový pseudoautomat zvaný Turek, ktorý vytvoril na pobavenie Márie Terézie v roku 1769. Na konte má množstvo svetových prvenstiev z rôznych oblastí poznania, napríklad prvý patent na parnú turbínu v histórii.

Odborníci sa v súčasnosti zhodujú, že najväčší prínos Kempelena je v oblasti fonetiky. Vďaka jeho objavom v tomto odvetví a jeho hovoriacemu stroju sa považuje za zakladateľa experimentálnej fonetiky aj priekopníka v oblasti logopédie.

Všetko sa začalo v roku 1769, keď počas výletu na vidiek Kempelen v diaľke začul detský spev. Keď sa však priblížil k hostincu, odkiaľ zvuk vychádzal, uvedomil si, že tóny vydáva gajdoš ladiaci svoj nástroj. Okamžite to podnietilo jeho zvedavosť, či by bolo možné tento hlas pretaviť do reči. Uprosil gajdoša, aby mu predal náhradnú vložku do piskora s plátkom, a ešte v ten večer začal doma experimentovať. Netušil, že si našiel zábavu na 22 rokov.

Na rozdiel od svojich predchádzajúcich vynálezov, pri ktorých sa zameriaval iba na praktický výsledok, problematiku tvorby reči poňal zoširoka a vskutku vedecky. Usiloval sa pochopiť anatómiu rečových orgánov a ich funkciu pri tvorbe každej jednej hlásky. Rozsiahle poznatky, ktoré nahromadil počas svojho výskumu a experimentov s hovoriacim strojom, zhrnul v knihe Mechanizmus ľudskej reči vydanej v roku 1791 vo Viedni a označovanej za jeho opus magnum. Záber diela, rovnako ako hĺbka detailov, udivujú aj v súčasnosti. Počas 230 rokov nestratila kniha takmer nič zo svojej aktuálnosti. Kempelen sa v nej prejavil ako skutočný polyhistor. Venoval sa v nej filozofii, lingvistike, anatómii, fonetike a priložil aj plány na zostrojenie hovoriaceho stroja.

Práci na hovoriacom stroji zasvätil Kempelen dvadsať najplodnejších rokov života. Často celé mesiace stagnoval, nevyhol sa slepým uličkám, niekoľkokrát začal odznova a zavrhol toľko súčiastok, že by ich, podľa jeho vlastných slov, neodtiahol ani silný kôň. Hoci ho nikdy nepovažoval za dokončený, ide o vizionárske dielo inšpiratívne pre ďalšie generácie.

Kempelenov hovoriaci stroj je prvé mechanické zariadenie v histórii schopné produkovať artikulované slová, či dokonca celé jednoduché vety. Nešlo o stroj v pravom slova zmysle, ale skôr o hudobný nástroj, na ktorom hráč produkuje zvuky zapojením svojej zručnosti a v reálnom čase ich pomocou sluchu koriguje do slov. Stroj napodobňuje anatomický model ľudského rečového aparátu. Vzduchový mech predstavuje pľúca, slonovinový plátok hlasivky, systém trubíc hrtan, nadhrtanové dutiny a nozdry, kožený lievik ústa. Obsahuje aj generátory šumu a rapkáč na napodobenie sykaviek a hlásky r. Zakrývaním lievika i nozdier a stláčaním klapiek sa prúd vzduchu presmeruje do rôznych častí stroja a moduluje, čím vytvára zvuky podobné slovám. Jazyk nahradia prsty, ktoré zasúva hráč do ústneho otvoru, čiže lievika.

Kempelen dokázal údajne vysloviť na stroji akékoľvek slovo v latinčine, vo francúzštine i v taliančine. V rodnej nemčine však narážal na limity v podobe komplikovaných kombinácií spoluhlások. Možno aj preto Johann Wolfgang von Goethe (ktorému stroj prezentoval jeho učiteľ anatómie Justus Christian Loder) stroj okomentoval, že nie je veľmi zhovorčivý, avšak dokáže vysloviť pekne niektoré detské slová.

Jediný dobový exemplár hovoriaceho stroja z roku 1800 sa nachádza v oddelení hudobných nástrojov v Deutsches Museum v Mníchove. Medzi odborníkmi prebieha diskusia, či ide o Kempelenov originál alebo o repliku zostrojenú podľa jeho návodu niektorým z jeho nasledovníkov.

Dr. Fabian Brackhane z Leibnitz – Institut für Deutsche Sprache v Mannheime sa venuje výskumu Kempelenovho hovoriaceho stroja a zostrojil niekoľko replík. V septembri 2019 jednu predviedol aj v Bratislave na pozvanie Goetheho Institutu a Kempelenopolis, o. z. Diváci mali možnosť si hovoriaci stroj i vyskúšať, foto Lucia Kralovičová.

Dr. Fabian Brackhane z Leibnitz–Institut für Deutsche Sprache v Mannheime sa venuje výskumu Kempelenovho hovoriaceho stroja a zostrojil niekoľko replík. V septembri 2019 jednu predviedol aj v Bratislave na pozvanie Goetheho Institutu a Kempelenopolis, o. z. Diváci mali možnosť si hovoriaci stroj i vyskúšať, foto Lucia Kralovičová.

Prepájanie svetov (Rozhovor s Máriou Bielikovou)

V úzkej spolupráci s firmami sa budeme venovať oblastiam, ktoré sú pre Slovensko kľúčové a v ktorých základný výskum má potenciál pre využitie v praxi. V týchto oblastiach budeme poskytovať aj konzultačné služby, pomáhať vylepšovať priamo existujúce produkty alebo vymýšľať v rámci transferu poznatkov nové. Z takýchto oblastí sme na začiatok, aj s prihliadnutím na našu veľkosť, záujem súkromného sektora a naše skúsenosti i kompetencie, vybrali niekoľko najdôležitejších. Začíname so spracovaním prirodzeného jazyka.

Spracovanie prirodzeného jazyka je pre zachovanie našej slovenskej kultúry dôležité. Aj keď sme dnes v globálnom priestore, kde čoraz viac ľudí hovorí niekoľkými jazykmi, nástroje na spracovanie textu a reči pre náš jazyk umožnia zachovať našu identitu. Vidíme potenciál napríklad v skúmaní toho, ako metódami strojového učenia preniesť už existujúce poznatky reprezentované modelmi z jazykov, ktoré sú dobre spracované, napríklad angličtina, do jazykov, do ktorých doposiaľ nebolo veľa investované, akým je aj slovenský jazyk. Vedieť skontrolovať, či je text správny, je len jedna časť. Druhá je pochopiť ho a niečo z neho odvodiť či porovnať dva texty. Napríklad kvôli tomu, aby sa z našej zdravotnej dokumentácie dali automatizovane identifikovať možné zdravotné riziká alebo sa dal identifikovať problém, ktorý chce vyriešiť zákazník v banke, či aby sme pomohli v boji proti dezinformáciám. Aby sme pomohli ľuďom odhaľovať dezinformácie na sociálnych sieťach, musíme stroj naučiť identifikovať, čo tam je napísané aj s ohľadom na kontext, musíme vedieť porovnať dva texty a zistiť, či hovoria o tom istom a zároveň rozlíšiť, ako o tom hovoria. Len vyhľadaním niekoľkých kľúčových slov dostaneme veľmi slabé výsledky. Čím viac sa komunikácia so strojom bude blížiť k prirodzenému jazyku, tým lepšie budú inovácie využívajúce informačné technológie prístupné pre širšiu skupinu ľudí.

Komunikácia človeka so strojom sa celosvetovo výrazne zlepšuje, najmä v posledných rokoch vznikli viaceré metódy založené na hlbokom učení, ktoré významne posúvajú túto oblasť vpred. Silno to však závisí od jazykového korpusu, resp. od kvality dát, ktoré sú o príslušnom jazyku k dispozícii. Ak chceme, aby sa rozvíjala slovenčina a aj digitálna gramotnosť ľudí, tak sa krajina ako my nemôže spoľahnúť na to, že nám napríklad Google vytvorí kvalitné modely pre slovenčinu. Nikto to za nás neurobí. Takéto nástroje vyvinú globálne firmy len čiastočne, ďalej sa o to musí postarať už každá jednotlivá krajina sama.

Prof. Ing. Mária Bieliková, PhD. je zakladateľkou Kempelenovho inštitútu inteligentných technológií (http://kinit.sk), ktorý začal svoju činnosť v septembri 2020. Pôsobila ako profesorka a dekanka na Fakulte informatiky a informačných technológií Slovenskej technickej univerzity v Bratislave. Už viac ako 20 rokov sa venuje webu a jeho personalizácii, t. j. prispôsobovaniu vlastnostiam a aktuálnemu stavu používateľa. Skúma správanie sa ľudí v interakcii s počítačovými aplikáciami. Vo svojej práci sa usiluje podporovať a zapájať mladých talentovaných informatikov do výskumu. V roku 2010 získala cenu ministra školstva za výnimočné výsledky vo vede a v októbri 2016 si prevzala ocenenie IT osobnosť roka.

Za najdôležitejší Kempelenov vynález sa považuje hovoriaci stroj. Stláčaním klapiek hráč presmerováva vzduch do rôznych dutín a píšťal, čím tón moduluje do zvukov podobných reči. Ide skôr o hudobný nástroj, než stroj v pravom slova zmysle. Hráč musí zapájať sluch a jeho zručnosti sa zlepšujú cvičením a praxou, foto SLUB.

Za najdôležitejší Kempelenov vynález sa považuje hovoriaci stroj. Stláčaním klapiek hráč presmeruje vzduch do rôznych dutín a píšťal, čím tón moduluje do zvukov podobných reči. Ide skôr o hudobný nástroj než stroj v pravom slova zmysle. Hráč musí zapájať sluch a jeho zručnosti sa zlepšujú cvičením a praxou, foto SLUB.

Mohlo by vás zaujímať: Konverzačný robot.

Liečivé lúče (Medicína)

Je len prirodzené, že sa laser rozšíril v medicíne, kde je presnosť merania či rezania doslova otázkou života a smrti. Využitie laserových prístrojov v lekárstve závisí od vlnovej dĺžky žiarenia. Väčšie vlnové dĺžky s výkonom pod 500 mW sa využívajú ako neinvazívne pri rehabilitačných procedúrach, kým tie kratšie s výkonom nad 1 W slúžia v chirurgii. Laserom je možné zahriať tkanivá až na teplotu, pri ktorej vaporizujú a takto sú odstránené. Pacientom nehrozí infekcia a laserový skalpel je efektívnejší ako bežný oceľový, takže chirurgický zákrok je ohľaduplnejší a rany sa rýchlejšie hoja. Ešte skôr, než sa môže rezať, musí však na rad prísť meranie. To v prípade medicíny nie je jednoduchou záležitosťou, keďže to, čo sa meria, leží väčšinou vnútri tela živého človeka a žiadna chyba sa neodpúšťa. Azda najviac to platí pre oblasť onkológie, kde sa požadovaná presnosť nezriedka meria na desatiny milimetra.

Pri rádioterapii, v rámci ktorej sa karcinóm bombarduje ionizačným žiarením, je dôležité čo najviac obmedziť rozsah škôd na okolitých zdravých tkanivách. Pred samotným ožarovaním treba cieľovú oblasť v tele pacienta zobraziť pomocou počítačového tomografu a zamerať cieľ budúceho ožiarenia. Technici preto presne kalibrujú polohu pacienta vzhľadom na budúce ožarovanie, pričom určujú a označujú tzv. izocentrá pre neskoršie zameranie lúčov lineárneho urýchľovača. Presnosť vycentrovania polohy pacienta v CT skeneri a určenia izocentier sú kľúčové pre úspešnosť rádioliečby aj pre zmiernenie vedľajších škôd. Riešením problému je, samozrejme, laser. Podľa štúdie uverejnenej v roku 2012 v časopise World Journal of Radiology bola bez použitia lasera až tretina pacientov zo skúmanej vzorky v tomografe počas skenovania vycentrovaná nepresne o 1 – 2 cm a 16 % pacientov dokonca o viac ako 3 cm. Celkovo bolo o 0,5 cm a viac od centra odchýlených až 81 % pacientov. Výsledkom bývajú menej presné skeny a nevyhnutnosť ich opakovania, čím sú pacienti vystavení väčším dávkam žiarenia.

Keďže v minulosti sa namiesto laserov pri centrovaní pacientov používal odhad technikov, väčšina CT prístrojov nemá integrované lasery špeciálne pre zameriavanie izocentier. „Doterajšou praxou bolo, že prístroj CT urobil snímky a zameranie izocentier robili externé lasery. Nevýhodou bolo, že pri takejto spolupráci dvoch nezávislých systémov mohlo dôjsť k odchýlkam,“ povedal Zdenko Krasnay z vývojárskeho centra firmy Siemens Healtineers, ktorá na jar predstavila CT prístroj integrujúci oba systémy do jedného. Hoci prístroj SOMATOM Go.Sim na Slovensku zatiaľ nenájdeme (momentálne na klinikách po svete funguje prvých 30 kusov), slovenskou stopou je softvérové vybavenie takéhoto integrovaného systému, ktoré vzniklo práve u nás.

Vďaka spojeniu CT so zameriavacou technológiou direct laser sú pacienti vystavení menším dávkam ožiarenia, odpadá potreba opakovaného skenovania a šetrí sa čas, ktorý je v onkológii mimoriadne dôležitý. Systém, ktorý lekár diaľkovo ovláda tabletom, kalibruje pacienta, direct laser (v skutočnosti tri lasery umiestnené pred bránou skenera) zameria izocentrá bez potreby prenosu koordinát medzi dvoma systémami a použitím špeciálnych algoritmov optimalizuje výsledné snímky tak, aby docielil čo najpresnejšie kontúry ohrozených orgánov.

Čo sa udialo vo výskume?

Vedci zistili, že v porovnaní s bežnou starostlivosťou med vďaka svojim antimikrobiálnym vlastnostiam výrazne viac znižuje príznaky infekcie horných dýchacích ciest.

Astronómom sa pomocou rádioteleskopu ALMA podarilo odhaliť extrémne ďalekú galaxiu, ktorá je prekvapivo podobná tej našej – Mliečnej ceste.

Nová štúdia ukázala, prečo vydry žonglujú s kameňmi.

Vyvinuli elektronickú umelú kožu, ktorá reaguje na bolesť rovnako ako skutočná pokožka.

Tím výskumníkov vyvinul mikrobota, ktorého poháňa metanol.

Vedci vyvinuli bezdrôtové samostatné zariadenie, ktoré premieňa slnečné svetlo, oxid uhličitý a vodu na uhlíkovo neutrálne palivo bez potreby akýchkoľvek ďalších komponentov alebo elektriny.

Medzinárodný tím vedcov objavil na stenách skalného úkrytu na západe Madagaskaru štylisticky jedinečné starodávne kresby vrátane jediného známeho prehistorického zobrazenia už vyhynutého leňochodieho lemura obrovského z rodu Palaeopropithecus.

Nový rýchlostný rekord internetu je 178 terabitov za sekundu! Len kvôli predstave – s touto rýchlosťou sa dá za sekundu stiahnuť celá knižnica Netflixu...

Vedci na základe metaanalýzy prišli na to, že viac ako hodinové zdriemnutie denne je spojené so zvýšeným rizikom kardiovaskulárnych chorôb.

V novej štúdii medzinárodný tím vedcov použil 22 novo sekvenovaných genómov z 18 existujúcich druhov tučniakov na rekonštrukciu histórie ich diverzifikácie a adaptácie.

Skúmaním meteoritu vedci zistili, že zemská voda môže pochádzať z materiálov, ktoré boli prítomné v našej vnútornej slnečnej sústave už v čase, keď sa Zem formovala.

Vedci zistili, ako proteín v koreňoch rastlín riadi príjem minerálov a vody, čo je objav, ktorý by mohol zlepšiť toleranciu poľnohospodárskych plodín ku klimatickým zmenám a znížiť potrebu chemických hnojív.

Čítajte viac...

Nové vydanie časopisu Quark nájdete v novinových stánkoch od 1. novembra 2020, Zdroj: Quark

Nové vydanie časopisu Quark nájdete v novinových stánkoch od 1. novembra 2020. Ak nechcete premeškať už ani jedno číslo časopisu, objednajte si zvýhodnené tlačené alebo elektronické predplatné na www.quark.sk/predplatne/.

Pre aktuálne informácie a ďalšie zaujímavosti sledujte Quark na Facebooku www.facebook.com/casopisquark.

Zdroj: Quark

Súvisiace:

Články
Hore
Noc výskumníkov 2020
Quark_11/2020
Aurelium - centrum vedy
Quark 25 rokov
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Ľudia si evolúciou vytvorili dva významné komunikačné systémy – priamy (reč) a nepriamy (písmo).
Zistite viac