Wetenschap en Technologie in het nieuws

22-03-2011

Onbekend Miller-experiment ontdekt

Vergeten materiaal van oersoep-experiment alsnog geanalyseerd

In de jaren ’50 wist de scheikundige Stanley Miller met inmiddels beroemde experimenten ‘oersoep’ te maken. De buisjes met de uitkomsten van deze experimenten lagen jaren te verstoffen in een vergeten la, tot ze een paar jaar geleden werden herontdekt. De inhoud van sommige buisjes bleek zelfs nog nooit geanalyseerd te zijn.

Het recept voor oersoep: men neme een glazen bol met daarin de volgende gassen: waterstofgas (H2), waterdamp (H2O), methaan (CH4) en ammoniak (NH3). Leid hier enkele bliksemstralen doorheen. En voilà: na enige tijd heeft u een troebel soepje, tjokvol aminozuren, de bouwstenen van het leven.

Het bovenstaande ‘recept’ is een korte samenvatting van een beroemd experiment dat de scheikundige Stanley Miller begin jaren 50 uitvoerde. Miller wilde hiermee aantonen dat de moleculen die aan de basis liggen van het leven op aarde spontaan ontstaan kunnen zijn uit simpele, anorganische stoffen. En hij had dus succes.

Een paar jaar geleden ontdekte een nieuwsgierige student het vergeten oorspronkelijke materiaal van Millers experimenten, netjes weggestopt in een la. En omdat er tegenwoordig veel betere analysemethoden bestaan dan in de jaren 50, besloten enkele wetenschappers de buisjes met daarin het resultaat van de experimenten opnieuw te onderzoeken. Met een mooie uitkomst: er bleken tijdens de experimenten nog veel meer verschillende soorten aminozuren te zijn ontstaan dan Miller destijds zelf kon aantonen.

In de la zaten ook buisjes met daarin de prut die Miller verkreeg uit experimenten waarbij hij waterstofsulfide (H2S) toevoegde aan het gasmengsel. Opvallend genoeg lijkt het erop dat deze buisjes nooit zijn geanalyseerd. Of in ieder geval heeft Miller nooit iets gepubliceerd over deze proeven. Dus besloten Eric Parker en enkele collega-onderzoekers de inhoud van de buisjes alsnog te analyseren. Zij schrijven hier deze week over in het blad PNAS.

In het goedje bleken maar liefst 23 verschillende, spontaan gevormde aminozuren te zitten. Waaronder zwavelbevattende. Eén daarvan was het aminozuur cysteïne, een belangrijke bouwsteen van veel soorten eiwitten. In feite heeft Miller hiermee, na z’n dood, aangetoond dat ook dit belangrijke aminozuur spontaan gevormd kon worden uit de oergassen die op de nog jonge aarde aanwezig waren.

In zijn eerste experimenten gebruikte Miller geen waterstofsulfide, omdat dit gas niet algemeen voorkomt in de atmosfeer. Maar het komt wel vrij bij vulkaanuitbarstingen. En rond de tijd dat het eerste leven ontstond, een paar miljard jaar geleden, was de aarde vulkanisch een stuk actiever dan nu. Het is dus prima mogelijk dat zich toen, onder de rook van een vulkaan, spontaan cysteïne-moleculen hebben gevormd. Die met andere aminozuren zijn gaan samenklitten, zodat ze nog weer ingewikkeldere moleculen vormden, waaruit uiteindelijk de eerste eencellige wezens ontstonden.

Millers experimenten zijn trouwens vaak herhaald. En hij is ook niet de enige die op het idee kwam om een zwavelgas toe te voegen. Dat er zo ontzettend veel verschillende aminozuren gevormd kunnen worden, puur met een handjevol gassen en wat bliksem, was dus al bekend. Maar het is wel mooi dat zijn oorspronkelijke materiaal nu alsnog grondiger dan eerst geanalyseerd kan worden. En ook dat het dus nog rijker blijkt te zijn dan in Millers tijd al werd gedacht.

Voor wie meer wil weten over de in vergetelheid geraakte la: het programma Labyrint sprak in de uitzending van 23 november 2010 uitgebreid met de student die Millers nalatenschap ontdekte. Zie de onderstaande video, vanaf het begin tot 13:30 minuten.

Nadine Böke

Eric Parker e.a., Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-richt spark discharge experiment, in: PNAS, 21 maart 2011.

(Noorderlicht)

29-03-2011

Chinese wetenschappers in de opmars

LONDEN - China wordt niet alleen in de wereldeconomie en de politiek een grootmacht, maar ook in de wetenschap. Een op de tien artikelen in gezaghebbende wetenschapsbladen is tegenwoordig van Chinese makelij.


© Thinkstock

Daarmee hoeft de volksrepubliek alleen de Verenigde Staten nog voor zich te dulden.

Dat heeft de Royal Society, de Britse academie voor wetenschappen, maandag naar buiten gebracht. De instelling onderzocht het aantal publicaties in de periode 2004-2008.

Ten opzichte van de vorige lijst, over de periode 1999-2003, is China Japan en Groot-Brittannië voorbijgestreefd. Rond 2013 zal China de VS van de koppositie stoten, schatten de onderzoekers.

Volgens de Royal Society zijn naast China ook andere opkomende economieën, zoals Brazilië en India, bezig met een wetenschappelijke opmars. Nederland komt niet voor in de top tien.

© ANP

(nu.nl)

30-03-2011

Door de bomen het bos niet meer zien

Amerikaanse onderzoekers hebben een nieuwe chip gebouwd die in het bloed rondzwervende ziektekiemen opvangt. De chip bevat een soort zeef, die op microscopische schaal op een bos lijkt. De boosdoeners zien door de bomen het bos niet meer, en komen vervolgens vast te zitten. De uitslag volgt binnen enkele seconden.


De chip van Brian Wardle en Mehmet Toner is niets anders dan een bos waar een vloeistof doorheen sijpelt. Het bos filtert vervolgens ziekmakende cellen uit het bloedmonster. Afbeelding: © Brian Wardle

De wetenschappers Brian Wardle en Mehmet Toner berichten over hun nieuwe chip in het nanotechnologie-blad Small. Nanotechnologie staat voor superkleine technologie, die op de schaal van atomen werkt, ook wel de nanoschaal. Dat is niet zo vreemd: één nanometer is precies één miljoenste millimeter.

Chips die binnen enkele seconden ziektekiemen opsporen zijn niet nieuw. Wat Wardles en Toners chip zo bijzonder maakt, is dat je hem heel precies kunt afstellen om allerlei ongenode gasten op te sporen, zelfs als ze nauwelijks in het lichaam aanwezig zijn.

De wetenschappers tonen in hun publicatie aan dat de chip uitgezaaide kankercellen, die nauwelijks in het bloed voorkomen, toch vangt. En je kunt het ding zo afstellen, dat hij zelfs virusdeeltjes in plaats van kankercellen detecteert.

Handig dus. Niet voor niets, dat het apparaatje al in Amerikaanse ziekenhuizen wordt getest, althans volgens het persbericht van Massachusetts Institute of Technology. Wardle verwacht vooral dat je ermee snel kunt vaststellen of een bepaalde vorm van kanker is uitgezaaid.


Het apparaatje is superklein, zoals je op deze foto ziet. Afbeelding: © Brian Wardle

De chip an sich werkt eigenlijk vrij simpel. Je kunt er ongeveer één milliliter van elk soort vloeistof in gieten, die dan vervolgens door een heel bos van piepkleine staafjes wordt gefilterd. De staafjes zijn gemaakt van de bekende koolstofnanobuisjes.

De ziekteverwekkers blijven aan de ‘bomen’ plakken, terwijl de rest van de bloedinhoud zonder problemen doorstroomt. Wardle heeft de bomen namelijk behangen met een speciaal soort klittenband – een antilichaam – dat heel plakkerig is voor specifieke ‘ziekmakers’ in het bloed. Het ene antilichaam is erg plakkerig voor kankercellen, het andere weer voor virussen.

Wardle vergroot de pakkans door de buisjes op maat af te stellen voor de ziekteverwekker die hij zoekt. Zoekt hij relatief kleine deeltjes, zoals virusdeeltjes, dan zet de wetenschapper de staafjes heel dicht bij elkaar. Zoekt hij iets groots zoals een kankercel, dan mogen de buisjes wat verder uit elkaar staan.

(Kennislink)

31-03-2011

Universele eigenschap van muziek ontdekt

Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam hebben een universele eigenschap van toonladders ontdekt.

Tot nu toe werd aangenomen dat het enige wat toonladders wereldwijd met elkaar gemeen hebben, het octaaf is. Dat wil zeggen dat een toonladder altijd weer eindigt bij dezelfde toon als waarmee hij begon, maar dan één octaaf hoger. De vele honderden toonladders blijken echter nog een diepere overeenkomst te bezitten, hebben de wetenschappers Aline Honingh en Rens Bod, verbonden aan het Institute for Logic, Language and Computation (ILLC) van de UvA, ontdekt. Als hun tonen twee- of driedimensioneel vergeleken worden in een soort assenstelsel, vormen zij zogeheten ‘convexe en sterconvexe structuren’. Convexe structuren zijn patronen zonder inhammen of gaten, zoals een cirkel, vierkant of ovaal. De onderzoeksresultaten zijn in maart gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Journal of New Music Research.

Vrijwel alle muziek ter wereld is gebaseerd op een onderliggende toonladder waaruit een muziekstuk is opgebouwd. In het westen is de majeurtoonladder (do-re-mi-fa-sol-la-ti-do) het bekendst. Toch zijn ook vele andere toonladders in gebruik, zoals de mineur- en de chromatische toonladder. Naast deze ‘traditionele’ toonladders bestaan er ook kunstmatige, door moderne componisten gecreëerde toonladders. Oppervlakkig gezien bestaat een toonladder uit een stijgende reeks tonen waarvan de begin- en eindtoon een octaaf verschillen, dat wil zeggen: de frequentie van de eindtoon is het dubbele van die van de begintoon (grondtoon).


Afbeelding: © Universiteit van Amsterdam

.Duizend toonladders
Door toonladders in een assenstelsel (een zogeheten Euler-rooster) te plaatsen kunnen ze als meerdimensionale objecten worden bestudeerd. Aline Honingh en Rens Bod van het ILLC deden dit voor bijna duizend toonladders uit alle delen van de wereld: van Japan tot Indonesië en van China tot Griekenland. Tot hun verbazing bleken alle traditionele toonladders sterconvexe patronen op te leveren. Voor niet-traditionele, door moderne componisten geconstrueerde toonladders gold dit voor bijna 97 procent, terwijl hedendaagse componisten vaak menen onconventionele toonladders te ontwerpen. Dit percentage is erg hoog, want de kans dat een willekeurige reeks een sterconvex patroon oplevert is heel klein.

Honingh en Bod proberen dit fenomeen te verklaren aan de hand van de notie van consonantie (het harmonisch samenklinken van tonen). Ze brengen hun onderzoeksresultaten in verband met taal- en visuele perceptie waar tevens convexe patronen zijn ontdekt, wat mogelijk duidt op een universele cognitieve eigenschap.

Het onderzoek maakt deel uit van het Vici-programma Integrating Cognition van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) onder leiding van Rens Bod. Klik hier voor het complete Engelse artikel (‘In search of universal properties of musical scales’) in pdf.

(Kennislink)

06-04-2011

Wetenschappers kweken oog in lab


© reuters

Wetenschappers in Japan hebben voor het eerst een oog gekweekt uit stamcellen. Dat berichtte het Britse wetenschappelijke blad Nature vandaag.

Uit onderzoek, geleid door de Japanse wetenschapper Yoshiki Sasai, werd duidelijk dat men nu ook complexe organen kan maken van stamcellen. Deze cellen hebben vaker centraal gestaan in onderzoeken, omdat zij zich kunnen omvormen tot elke soort cel.

Voorheen werden huidweefsel, oren en harten die uit één type cel bestaan gekweekt uit de stamcellen. Maar nog nooit eerder kon een orgaan dat uit verschillende soorten cellen bestaat, worden nagemaakt. Tot voor kort werd gedacht dat hiervoor een zeer complexe en onmogelijke handeling nodig was.

Het oogonderzoek kan van grote betekenis zijn voor mensen met een beschadigd netvlies. Dat kan wellicht in de toekomst worden vervangen door een gekweekt exemplaar.

In dit experiment ging het om het oog van een muis. Volgens critici is het nog een hele stap naar het kweken van een mensenoog, maar Sasai is ervan overtuigd binnenkort de eerste mensenogen te kunnen presenteren. (anp/adha)

(HLN)

07-04-2011

'Mogelijk nieuw deeltje ontdekt'

AMSTERDAM – Amerikaanse wetenschappers analyseren een meting van de deeltjesversneller Tevatron die mogelijk wijst op het bestaan van een nog onbekend deeltje.

Het opmerkelijke resultaat is afkomstig uit een analyse van miljarden botsingen tussen protonen en antiprotonen in de deeltjesversneller Tevatron van het Amerikaanse onderzoekscentrum Fermilab.

De wetenschappers buigen zich over de meting van een stroom deeltjes die lijkt ontstaan uit een nog onbekend partikel dat zwaarder is dan een proton, zo meldt nieuwssite ScienceNews.



Foutieve meting

De kans dat het gaat om een foutieve meting is ongeveer 1 op 1300. Die kans is natuurkundig gezien echter niet klein genoeg om met zekerheid te kunnen zeggen dat er een nieuw deeltje is gemeten. De meting wordt beschreven in een paper in het online wetenschappelijk archief Arxiv.org.

Het gaat in ieder geval niet om het raadselachtige Higgs-deeltje waar naar wordt gezocht in de Europese deeltjesversneller Large Hadron Collider. Dit deeltje produceert namelijk zwaarderdere afvalproducten.

Onnauwkeurigheden

“Niemand weet wat hier aan de hand is”, verklaart wetenschapper Christopher Hill van het Fermilab in de New York Times. “Als dit waar is, gaat het om de meest significante ontdekking in de natuurkunde in een halve eeuw.” Hill was overigens niet betrokken bij het onderzoek.

Deskunigen waarschuwen echter dat het beschreven resultaat kan zijn ontstaan uit onnauwkeurigheden in de modellen die wetenschappers gebruiken om de processen in de deeltjesversneller in kaart te brengen. Dat meldt nieuwssite ScienceNow.

“De grote vraag is hoe goed we de achtergrond van deze gebeurtenissen begrijpen, niet alleen theoretisch, maar ook in termen van wat er gebeurt in de deeltjesdetector”, aldus onderzoeker Joseph Lykken.

© NU.nl/Dennis Rijnvis

(nu.nl)

11-04-2011

Computermodel van menselijke hersenen stap dichterbij

AMSTERDAM - Britse wetenschappers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om hersenen te analyseren. De techniek kan mogelijk leiden tot een computermodel van het menselijk brein.
Met de nieuwe techniek kunnen de functies en connecties van zenuwcellen zeer gedetailleerd in kaart worden gebracht.



Een dergelijke analyse zou uiteindelijk kunnen leiden tot een computermodel van menselijke hersenen. Dat schrijven onderzoekers van het University College London in het wetenschappelijk tijdschrift Nature.

Gedachtes

De wetenschappers hopen onder meer te ontdekken hoe gedachtes worden gevormd door te achterhalen hoe informatie door de verschillende hersencircuits stroomt.

“We beginnen de complexiteit van het brein langzaam te ontrafelen”, verklaart hoofdonderzoeker Tom Mrsic-Floger op ABC News.

“Als we de connecties en functies van de zenuwcellen in de verschillende lagen van het brein beter begrijpen, kunnen we een computermodel ontwikkelen dat weergeeft hoe dit opmerkelijke orgaan werkt”, aldus de onderzoeker.

Analyse

De nieuwe techniek om hersenen te analyseren is voorlopig alleen nog getest bij muizen. De wetenschappers slaagden er in om de functie van honderden zenuwcellen in het brein van de dieren bepalen door ze bloot te stellen aan stroomschokjes en tegelijkertijd hersenscans te maken.

De methode is in theorie ook geschikt om een gedetailleerde analyse te maken van het menselijk brein. Het zal volgens de wetenschappers echter nog lange tijd duren voordat deze informatie kan worden weergegeven in een computermodel

Rekenkracht

Het menselijk brein bevat namelijk meer dan honderd miljard zenuwcellen die allemaal in kaart moeten worden gebracht. Verder bestaan er op dit moment nog geen computers die genoeg rekenkracht hebben om een simulatie van het menselijk brein te kunnen draaien.

© NU.nl/Dennis Rijnvis

(nu.nl)

13-04-2011

Eerste kind met extra DNA



Alfie Clamp (2 jaar) heeft een extra streng DNA aan een van zijn chromosomen
In het Britse Warwickshire woont een kleuter met extra DNA. Het gaat om het eerste geregistreerde geval ter wereld, meldt de Daily Mail. Er bestaat nog geen naam voor de aandoening.

De tweejarige Alfie Clamp uit Nuneaton heeft een extra streng DNA aan zijn zevende chromosoom, wat aan het licht kwam na een reeks onderzoeken toen het kind 6 weken oud was. Alfie heeft nog een 10-jarige zus. Zij en ouders Gemma en Richard hebben het afwijkende gen niet.

Problemen
Als gevolg van zijn aandoening lijdt Alfie aan aanvallen die worden veroorzaakt door hoge temperaturen en heeft hij stofwisselingsproblemen. Hij neemt iedere dag een flinke dosis medicatie om zijn lichaam voedingsstoffen te laten opnemen. Hij kon pas na 3 maanden zien en wordt deze maand geopereerd om zijn verteringsproblemen te verhelpen.

Levensverwachting
Zijn ouders Gemma en Richard hebben geen idee wat de levensverwachting van hun kind is, en of zijn toestand nog zal verbeteren. Sinds zijn geboorte is hij al 6 keer met spoed naar het ziekenhuis gebracht, waarvan 2 keer in de afgelopen maand, omdat hij stopte met ademen.

Eerste stap
'Toen de artsen ons het nieuws vertelden, was ik er kapot van,' zegt Gemma. 'Als zwangere moeder denk je negen maanden aan hoe het zal zijn wanneer je baby zijn eerste stap zet, of in zijn handen klapt. Een kind als Alfie hebben, doen je de kleine dingen meer op prijs stellen. Tot hij 18 maanden oud was rolde hij niet om, maar we waren dolblij toen hij het deed.'

(AD)

13-04-2011

'Alcohol verbetert delen van geheugen'

AMSTERDAM Het drinken van alcohol stimuleert bepaalde delen van het menselijk brein die betrokken zijn bij het geheugen en vermogen om te leren. Dat blijkt uit een studie van Amerikaanse wetenschappers.


© Thinkstock

De algemeen geaccepteerde theorie dat alcohol slecht is voor het geheugen en leervermogen is te éénzijdig. Het onbewustzijn van mensen wordt door alcohol namelijk juist gestimuleerd om beter te onthouden en te leren.

Dat meldt de Universiteit van Texas op basis van onderzoek van neurobioloog Hiroshi Morikawa.

Collega

Als we over ons leervermogen en geheugen praten, hebben we het normaal gesproken over ons bewuste geheugen, verklaart Morikawa.

Alcohol vermindert ons vermogen om specifieke informatie te onthouden, zoals de plek waar je je auto hebt geparkeerd of de naam van een collega. Maar op een onbewust niveau wordt ons leervermogen waarschijnlijk juist versterkt door alcohol, aldus de onderzoeker.

Plasticiteit

Morikawa ontdekte tijdens zijn onderzoek dat de neurale plasticiteit - oftewel het ontstaan van nieuwe hersenverbindingen in bepaalde delen van het brein toeneemt als mensen herhaaldelijk de alcoholsoort ethanol krijgen toegediend.

Vooral de synapsen die actief worden bij het vrijkomen van dopamine worden versterkt. Daardoor zijn beschonken mensen meer vatbaar voor onbewuste herinneringen aan bijvoorbeeld muziek, voedsel en sociale situaties.

De volledige resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Journal of Neuroscience.

Leerstoornis

Volgens Morikawa bewijst zijn studie dat alcoholverslaving eigenlijk een soort leerstoornis is. Mensen raken naar zijn mening niet verslaafd aan het plezier dat ze hebben na het drinken van alcohol, maar aan de versterkte signalen die hun hersenen oppikken uit de omgeving.

Mensen zien alcohol vaak als een overbrenger van plezier, maar in feite ga je er beter door leren, aldus Morikawa.

© NU.nl/Dennis Rijnvis

(nu.nl)

quote:

Op donderdag 14 april 2011 08:56 schreef ExperimentalFrentalMental het volgende:
13-04-2011

'Alcohol verbetert delen van geheugen'

AMSTERDAM Het drinken van alcohol stimuleert bepaalde delen van het menselijk brein die betrokken zijn bij het geheugen en vermogen om te leren. Dat blijkt uit een studie van Amerikaanse wetenschappers.

[ afbeelding ]
© Thinkstock

De algemeen geaccepteerde theorie dat alcohol slecht is voor het geheugen en leervermogen is te éénzijdig. Het onbewustzijn van mensen wordt door alcohol namelijk juist gestimuleerd om beter te onthouden en te leren.

Dat meldt de Universiteit van Texas op basis van onderzoek van neurobioloog Hiroshi Morikawa.

Collega

Als we over ons leervermogen en geheugen praten, hebben we het normaal gesproken over ons bewuste geheugen, verklaart Morikawa.

Alcohol vermindert ons vermogen om specifieke informatie te onthouden, zoals de plek waar je je auto hebt geparkeerd of de naam van een collega. Maar op een onbewust niveau wordt ons leervermogen waarschijnlijk juist versterkt door alcohol, aldus de onderzoeker.

Plasticiteit

Morikawa ontdekte tijdens zijn onderzoek dat de neurale plasticiteit - oftewel het ontstaan van nieuwe hersenverbindingen in bepaalde delen van het brein toeneemt als mensen herhaaldelijk de alcoholsoort ethanol krijgen toegediend.

Vooral de synapsen die actief worden bij het vrijkomen van dopamine worden versterkt. Daardoor zijn beschonken mensen meer vatbaar voor onbewuste herinneringen aan bijvoorbeeld muziek, voedsel en sociale situaties.

De volledige resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Journal of Neuroscience.

Leerstoornis

Volgens Morikawa bewijst zijn studie dat alcoholverslaving eigenlijk een soort leerstoornis is. Mensen raken naar zijn mening niet verslaafd aan het plezier dat ze hebben na het drinken van alcohol, maar aan de versterkte signalen die hun hersenen oppikken uit de omgeving.

Mensen zien alcohol vaak als een overbrenger van plezier, maar in feite ga je er beter door leren, aldus Morikawa.

© NU.nl/Dennis Rijnvis

(nu.nl)

Daar drinken we eentje op

19-04-2011

De fiets na ruim een eeuw wetenschappelijk verklaard



Natuurkundigen uit Delft en de Verenigde Staten hebben eindelijk ontdekt waarom we niet van de fiets vallen.

Geef een fiets een flinke duw, en hij rijdt vanzelf rechtuit. Ziedaar het geheim van de tweewieler – het geheim dat er voor zorgt dat ook wij mensen, eenmaal op die fiets, niet gelijk omvallen. Maar hoe kan dat? Wat houdt de fiets overeind? Wetenschappers van de TU Delft en de Cornell Universiteit denken dat ze het mysterie hebben opgelost.

Tot voor kort dachten natuurkundigen dat het te maken had met twee eigenschappen: ten eerste zouden de draaiende wielen een ‘gyroscopisch’ effect hebben, dat wil zeggen ze zouden een kracht uitoefenen die de fiets overeind wil houden. En de twee factor zou de ‘naloop’ zijn: het feit dat de plaats waar het voorwiel de grond raakt, net achter het punt ligt waar het verlengde van de stuuras dat zou doen; dat verschil maakt dat het stuur als vanzelf in de richting ‘rechtdoor’ wordt gehouden. Maar in Delft waren ze al verder. Onderzoeker Arend Schwab: ‘Wij wisten al jaren dat de gangbare verklaring voor de stabiliteit van de fiets te simpel was. Gyroscopische effecten en naloop helpen wel, maar zijn niet noodzakelijk voor de stabiliteit.’

Onmogelijke fiets
Schwab en zijn collega’s ontwikkelden een wiskundig model waaruit bleek dat ze op 25 verschillende parameters moesten letten, om echt te kunnen voorspellen óf, en bij welke snelheden, een bepaalde fiets stabiel was. En om te bewijzen dat de oude theorie onjuist was, bouwde hij samen met promovendus Jodi Kooijman een ‘onmogelijke’ fiets, de Two Mass Skate bicycle. Deze is voorzien van kleine extra wielen die het gyroscopisch effect van de echte wielen neutraliseren, en óók nog eens een (kleine) negatieve naloop. Die fiets zou altijd om moeten vallen – maar dat doet-ie dus niet.

Is de wielerwereld met die 25 parameters nu wat wijzer geworden? Onderzoeker Schwab verwacht van wel: ‘De huidige fiets is ontstaan uit een lang evolutieproces. Aan het basisontwerp is sinds honderd jaar niets wezenlijks veranderd. Met ons model kunnen fabrikanten gericht gaan sleutelen aan de stabiliteit van hun fietsen. Dat kan vooral interessant zijn voor bijzondere ontwerpen voor ligfietsen, vouwfietsen en bakfietsen.’

(depers.nl)

20-04-2011

'Spaarlampen stoten kankerverwekkende stoffen uit'

De spaarlamp, de opvolger van de gloeilamp, blijkt een gevaar te vormen voor de volksgezondheid. De lichtbron stoot kankerverwekkende stoffen uit.

Dat meldt de Britse krant The Telegraph op basis van een onderzoek door een Duits laboratorium.


De spaarlamp blijkt ook gevaarlijk te zijn als hij brandt

Giftige materialen
De onderzoekers van het Alab Laboratorium in Berlijn waarschuwen de spaarlamp niet te lang aan te laten, omdat de lamp giftige materialen uitstoot. Het is vooral gevaarlijk als mensen met hun hoofd in de buurt van de brandende lamp komen, aldus Peter Braun, die het onderzoek leidde.

‘Deze kankerverwekkende stoffen moeten zo ver mogelijk uit de buurt van mensen worden gehouden,’ zegt Braun in The Telegraph. Het gaat onder meer om de stoffen fenol, naftaleen en styreen.

In Nederland en de rest van de EU worden steeds meer spaarlampen verkocht, vooral omdat de ouderwetse gloeilamp is verboden. Deze maatregel werd genomen omdat de gloeilamp te energieverspillend zou zijn.

Kwikdampen
Het was al bekend dat deze lamp, die veel duurder maar ook veel zuiniger is dan de gloeilamp, kwikdampen bevat. Dat kan een gevaar betekenen voor de volksgezondheid als deze afvalstof vrijkomt.

De Federatie van Ingenieurs in Duitsland adviseert om spaarlampen zo weinig mogelijk te gebruiken. ‘Ze moeten niet worden gebruikt in ongeventileerde ruimtes en al helemaal niet in de buurt van je hoofd,’ waarschuwt de branchevereniging.

Overheidscampagne
In het Verenigd Koninkrijk zien ze de ernst in van de situatie. ‘We moeten vervolgonderzoek doen om te kijken of de Duitse bevindingen kloppen,’ laat de universiteit van Portsmouth weten.

De overheid daar blijft echter de spaarlamp promoten hetzelfde geldt voor Nederland. Onlangs is het ministerie van Infrastructuur en Milieu nog een Postbus 51-campagne gestart om de Nederlander ervan te overtuigen dat de spaarlamp beter is dan de gloeilamp, ondanks de kennis over de aanwezigheid van kwikdampen.

(Elsevier)

21-04-2011

Muziek maken houdt het brein scherp

BAARN - Kinderen verplicht op blokfluit-, viool- of pianoles sturen is zo gek nog niet. Jaren later kunnen ze daar namelijk nog de vruchten van plukken, zelfs als ze dan niet meer spelen. Het houdt de hersenen namelijk een levenlang scherp.


© Gezondheidsnet

Het onderzoek, uitgevoerd door de American Psychological Association, omvatte zeventig gezonde ouderen tussen 60 en 83 jaar met wisselende muzikale ervaring.

De musici scoorden duidelijk beter op verschillende cognitieve testen, dan de ouderen die nooit hadden geleerd een instrument te bespelen of noten te lezen.

Verbindingen in hersenen

"Muziek spelen is een uitdagende taak voor de hersenen. Het maakt het brein fitter en beter in staat zich aan te passen aan het ouder worden.", verklaart hoofdonderzoeker Brenda Hanna-Pladdy.

"Het kost jaren om het bespelen van een instrument volledig in de vingers te krijgen. Wellicht ontstaan er in die tijd verbindingen in onze hersenen, die de achteruitgang van ouder wordende hersenen kunnen compenseren."

Amateurs

Alle deelnemende musici waren amateurs die rond hun tiende levensjaar begonnen met het bespelen van een instrument. Hoe langer het musiceren, des te beter waren de scores op de tests.

Tijdens het testen werd onder andere gekeken naar het geheugen, het verwerken van nieuwe informatie en het benoemen van objecten.

Leeftijd

Het effect in de hersenen hangt, naast hoe lang iemand een instrument bespeelt, ook af van de leeftijd waarop gestart wordt. Hanna-Pladdy: "Er zijn cruciale periodes in de ontwikkeling van het brein, die het leereffect vergroten."

Vòòr een bepaalde leeftijd is het gemakkelijker te leren. Dit maakt ook het effect in de hersenontwikkeling vele malen groter.

Het is voor het eerst dat de invloed van het bespelen van een muziekinstrument op oudere leeftijd is onderzocht. Eerder onderzoek richtte zich voornamelijk op de cognitieve voordelen bij kinderen.

© Gezondheidsnet

(nu.nl)

21-04-2011

Helend licht

Slimme materialen repareren met behulp van ultraviolet

Diepe krassen in een nieuw ontwikkeld materiaal repareren zichzelf onder invloed van ultraviolet licht. Hierdoor zou de levensduur van bijvoorbeeld de lak op een auto flink kunnen worden vergroot.

Een grote kras in je auto betekent ellende. Het kost veel geld om te schuren, opnieuw te lakken en dan moet je nog maar afwachten of de kleuren goed zijn. Er wordt veel onderzoek gedaan naar zogenaamde smart materials. Hier vallen onder andere materialen onder die zichzelf kunnen repareren. Op dit moment werken de meeste van dit soort materialen met warmte. Je verwarmt lokaal een kras en de lak vloeit uit en vult zo de kras op. Probleem hiervan is dat het heel moeilijk echt lokaal te doen is, bijna niet werkt met echt diepe krassen en lang duurt. Amerikaanse en Zwitserse wetenschappers hebben een materiaal gemaakt dat zichzelf repareert wanneer je er met ultraviolet licht op schijnt. Zo kan je heel lokaal krassen repareren met behulp van een simpele lamp. Zij schrijven hierover deze week in Nature.

Zelfhelende polymeren zijn een hot topic op het moment. Een polymeer bestaat uit lange kettingen die kriskras door elkaar zitten. Alle moleculen grijpen in elkaar vast waardoor de lak stevige bescherming biedt. Als er toch schade ontstaat is het bij sommige polymeren mogelijk om de kralen aan de rand van de kras los van de kettingen te maken. Deze kralen vullen dan de kras op en als ze elkaar weer vastgrijpen is de kras verdwenen. Het lastige met zelfhelende lak is dat wanneer de kralen te makkelijk loslaten, de lak te zacht is en te weinig bescherming biedt. Het mooiste zou zijn als de kralen alleen loslaten wanneer jij dat wilt. Bijvoorbeeld als je er met een bepaald soort ultraviolet licht op schijnt. Zo kan de lak sterk zijn tijdens dagelijks gebruik, maar als er dan toch een beschadiging in zit, kan je toch de kralen loshalen precies op de plek waar jij wilt.

De oplossing zit hem in een nieuw molecuul dat de onderzoekers gemaakt hebben. Zelf noemen ze het een stof met een Napoleon-Complex, de moleculen doen zich veel groter voor dan ze eigenlijk zijn. Bij normale polymeren zijn de bindingen tussen de losse kralen bijna onverwoestbaar. Bij dit nieuwe materiaal zitten de kralen met een soort moleculair klittenband aan elkaar vast. Makkelijk los en weer vast te maken. Het klittenband bestaat uit een zinkatoom. Als je met ultraviolet licht op het zinkatoom schijnt, vangen de elektronen dat licht op en zetten ze het om in warmte. Het zinkatoom laat los en de kralen komen los te zitten. Hierdoor wordt de lak vloeibaarder en vult die de kras op. Dit soort materialen noem je een metallisch supramoleculair polymeer. Het heet supramoleculair omdat het bestaat uit grote atomen die losjes aan elkaar zitten, en metallisch omdat ze aan elkaar vastzitten met een metaal.

Door met licht te werken kan je veel plaatselijker een kras aanpakken, waardoor de rest van de lak hetzelfde blijft vertelt een van de onderzoekers in een persbericht. Het enige nadeel dat uit hun publicatie blijkt is dat er nog een lichte verkleuring plaatsvindt tijdens het belichten. Waarschijnlijk komt dit doordat zuurstof ook gaat binden met de kralenketting. Het is uniek dat met een materiaal beschadigingen gerepareerd kunnen worden waar zeventig of tachtig procent van de lak weg is gekrast. De onderzoekers benadrukken wel dat het nog eerste stapjes zijn, maar dat het waarschijnlijk niet lang zal duren voordat bedrijven dit gaan oppakken. Naast krassen in je auto kan je natuurlijk ook denken aan krassen op de vloer bij je thuis of op het oppervlak van dvds of bluerayschijfjes. De mogelijkheden zijn eindeloos.

Mark Burnworth e.a., Optically healable supramolecular polymers, Nature, 21 april 2011.

Dit is een filmpje dat de onderzoekers van deze publicatie zelf online hebben gezet. Vanaf 35 seconde kan je zien dat er een kras wordt gemaakt en die verdwijnt terwijl je wacht onder het ultraviolette licht. Een mooie animatie over de werkzaamheid volgt op 54 seconde.

Diederik Jekel

(Noorderlicht)

24-04-2011

Zware antimaterie opgespoord



Een internationaal team van wetenschappers is er in geslaagd om antihelium te produceren - de tot nog toe zwaarst bekende vorm van antimaterie. De exotische atoomkernen ontstonden bij een experiment met de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), waarbij de kernen van goudatomen met bijna de snelheid van de licht met elkaar in botsing werden gebracht (Nature, 24 april).

Antimaterie is de letterlijke tegenpool van normale materie: veel eigenschappen van antideeltjes zijn gelijk aan die van normale materiedeeltjes, maar andere eigenschappen (zoals de elektrische lading) zijn precies tegengesteld. Wetenschappers gaan ervan uit dat bij de oerknal, die de geboorte van ons heelal inluidde, zowel materie als anti-materie ontstond. Doordat deze beide materievormen elkaar vernietigen zodra ze met elkaar in aanraking komen, verdwenen zij kort na de oerknal vrijwel volledig. Slechts een klein overschot aan 'normale' materie - de materie waaruit wij en alles om ons heen bestaan - bleef over.

Hoe dat overschot tot stand kwam, is nog een raadsel. Wetenschappers proberen daar een verklaring voor te vinden door in grote deeltjesversnellers, zoals de RHIC, de omstandigheden ten tijde van de oerknal na te bootsen. Bij zo'n experiment zijn nu dus de atoomkernen van antihelium gedetecteerd - vermoedelijk de zwaarste vorm van antimaterie die op aarde kan worden geproduceerd.

Nog zwaardere vormen van antimaterie zijn waarschijnlijk alleen elders in het heelal te vinden. Wetenschappers hopen deze te kunnen opsporen met de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), die op 29 april naar het internationale ruimtestation ISS wordt overgebracht. Mocht uit de metingen van AMS blijken dat antimaterie een normaal kosmisch ingrediënt is, zou dat erop kunnen wijzen dat er bij de oerknal toch net zo veel materie als antimaterie is ontstaan, en dat deze beide tegenpolen op de een of andere manier van elkaar gescheiden zijn.

© Eddy Echternach (www.astronieuws.nl)

(allesoversterrenkunde)

23-04-2011

Elektronische stof

Een bijzondere tentoonstelling in het Belgische Gent donderdag. Als voorproefje op het echte werk (de internationale beurs Techtextil in Frankfurt) organiseerde Universiteit Gent de ‘Smart Textiles Salon’. Meer dan 20 onderzoekers demonstreerden hun nieuwste vindingen op het gebied van e-textile; oftewel ‘elektronische stof’.

Van 24 t/m 26 mei vindt in Frankfurt voor de 16e keer het Techtextil symposium plaats. Het is ‘s werelds grootste beurs voor zogenaamd ’e-textile’.



Een voorbeeld van e-textile: een sportjack met ingebouwde zonnecellen; handig om je iPod van stroom mee te voorzien. Afbeelding: © Messe Frankfurt Exhibition GmbH / Jean-Luc Valentin
Om er alvast in te komen organiseerde Universiteit Gent afgelopen donderdag een eigen tentoonstelling. Op de Smart Textiles Salon presenteerden meer dan 20 onderzoekers de laatste prototypes van hun e-textile-producten. Maar wat is ‘elektronische stof’ eigenlijk?

In feite is het wat de naam impliceert: stof waar elektronica in is verwerkt, vaak sensoren of computerchips. Hierdoor krijgt het materiaal een vorm van intelligentie: je trui kan bijvoorbeeld je temperatuur bepalen of je tikt op je mouw om de ingebouwde mp3-speler aan te zetten.

Twee generaties
Tegenwoordig zijn er globaal gezien twee typen e-textile. In het eerste geval zijn elektronische componenten aan de vezels van de stof bevestigd. De componenten moeten daarbij wel met elkaar in verbinding staan en daarom is dit e-textile meestal gemaakt van geleidend materiaal, zoals hele dunne draden roestvrij staal. Die vormen dan de elektrische verbindingen tussen de aangebrachte componenten.

De elektronische componenten kunnen aan de geleidende draden worden gemaakt door minuscule metalen contactplaatjes aan de uiteinden van twee ‘stofdraden’ te solderen. Zogenaamde sporen – bedrading van bijvoorbeeld koper – verbinden de contactplaatjes vervolgens met het component.


Een stroomgeleidende draad ziet eruit als heel gewoon garen. Afbeelding: © Flickr: Rain Rabbit.

Inmiddels zijn onderzoekers bezig met een nieuwe categorie e-textile. Hierbij zijn de draden zélf elektronische componenten, zoals een transistor. Daarmee wordt de stof eigenlijk één grote geïntegreerde schakeling (chip). Voor een draad-transister heb je wel speciaal materiaal nodig, want de draad moet flexibel zijn, niet te zwaar, goedkoop en gemakkelijk te verwerken. Organische halfgeleiders voldoen aan deze eisen en een veelvoorkomende draad-transistor is dan ook de organic field-effect transistor (OFET).

Brandweermannen
Maar wat heb je aan al die techniek? Dat liet de Gentse tentoonstelling goed zien. Eén van de exposanten was ProeTEX, een Europees project waaraan 23 bedrijven, onderzoeksinstituten en universiteiten – waaronder Universiteit Gent – meewerkten. Ze ontwikkelden gezamenlijk een verzameling kledingstukken voor brandweerlieden; E-kledingstukken welteverstaan. Ze bevatten allemaal sensoren die de gezondheid van de hulpverlener in de gaten houden tijdens het gevaarlijke werk.


Het onderhemd heeft bijvoorbeeld sensoren voor het bepalen van de hartslag, de temperatuur en de ademhaling. Daarnaast bevatten de schoenen en het buitenpak sensoren voor de omgeving: hoe warm is het, hoe hoog is de concentratie koolmonoxide, etc.. Ten slotte zijn er ook componenten die de locatie, houding en beweging van de hulpverlener in de gaten houden, zodat er hulp kan komen als de brandweerman- of vrouw op de grond valt.

Geen smart dust
E-textile heeft wel wat weg van smart dust: dat is ook een netwerk van sensoren (met chips). Het grote verschil is echter dat de componenten van smart dust draadloos met elkaar zijn verbonden, terwijl e-textile juist bedrading gebruikt.

Voor die hulp is het wel van belang dat alle informatie wordt doorgespeeld naar de centrale hulppost. Hiervoor bevat de buitenkleding een zogenaamde ‘professional electronic box’ (PEB). Die verzamelt elke seconde de gegevens van alle sensoren (via een draadloze verbinding) en stuurt ze door naar de ‘operator module’, ook in het buitenpak. Daarvandaan wordt de data doorgestuurd naar de centrale hulppost, maar niet voordat de gegevens zijn opgeslagen in een lokale database. De brandweerlieden bevinden zich tenslotte in een chaotische omgeving, waardoor er niet altijd een goede verbinding is. Zodra er een verbinding tot stand komt, wordt de lokale database gesynchroniseerd met die van de hulppost.

Ingebouwd licht
Je kunt overigens ook andere elektronica dan sensoren in de stof verwerken; lichtgevende componenten bijvoorbeeld. Het Spaanse bedrijf Sensing Tex, dat ook op de tentoonstelling aanwezig was, produceert onder andere lichtgevende gordijnen. Hiervoor verweven ze glasvezeldraden door de gewone stof, zodat het gordijn oplicht als je een lichtbron erop aansluit.


Hier kun je goed zien dat er lichtgevende draden door de stof zijn geweven. Afbeelding: ©

Sensing Tex
.Er zijn meer manieren om lichtgevend e-textile te maken. Je kunt bijvoorbeeld elektroluminescerende draden gebruiken. Zulke vezels geven licht wanneer er stroom doorheen loopt. Het inbouwen van LEDs in de stof is ook een mogelijkheid. Dat heeft Philips bijvoorbeeld gedaan voor het project Lumalive.

h3. En nog veel meer

De toepassingen van e-textile lijken eindeloos. Vooral in de gezondheidszorg is het een uitermate geschikt middel voor het monitoren van een patiënt, omdat het een eenvoudig en comfortabel systeem is. Het bedrijf BioTex houdt zich bijvoorbeeld bezig met het maken van stoffen sensoren voor in het ziekenhuis. Dit e-textile is ook heel handig in de sportwereld. Je kunt het dan gebruiken om de sporter tijdens een training of wedstrijd nauwkeurig in de gaten te houden.

Tenslotte is e-textile ook inzetbaar voor entertainment. Het bedrijf Eleksen maakt bijvoorbeeld allerlei stoffen touchpads. Die kun je onder andere aan de binnenkant van je jas naaien: op de buitenkant teken je de icoontjes en zie daar de bediening van je mp3-speler. Ook leuk is het stoffen toetsenbord. Die steek je in je zak en als de toetsjes op je telefoon toch iets te klein zijn, rol je hem uit.


Dat er veel toepassingen zijn, zal goed te zien zijn op het Techtextil symposium straks in Frankfurt. Op maar liefst 12 gebieden zullen bedrijven hun laatste vindingen presenteren, van gezondheidszorg tot auto-industrie en van sport tot beveiliging. In veel gevallen zal het gaan om prototypes of producten die nog niet bestemd zijn voor consumenten, maar dat maakt e-textile niet minder leuk.

Bronnen
•Magenes et al., ‘Fire fighters and rescuers monitoring through wearable sensors: The ProeTEX project’, Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), pp.3594-3597, 2010, doi: 10.1109/IEMBS.2010.5627452
•Marculescu et al., ‘Electronic textiles: A platform for pervasive computing’, Proceedings of the IEEE, vol.91, no.12, pp. 1995- 2018, Dec 2003, doi: 10.1109/JPROC.2003.819612
•Hamedi et al., ‘Towards woven logic from organic electronic fibres’, Nature Materials 6, pp.357 – 362, 2007, doi: 10.1038/nmat1884

(Kennislink)

29-04-2011

Trillingen geven stroom

Een systeem zo groot als een flinke speldenknop kan sensor nodes een leven lang van stroom voorzien. Het apparaatje van wetenschappers aan de Universiteit van Michigan zet trillingen in de omgeving op een efficiënte manier om in elektriciteit. Handig voor een draadloos sensornetwerk in een fabriek!

‘Energie oogsten’ (energy harvesting); zo wordt het ook wel genoemd als je energie uit de omgeving haalt om je eigen apparaten van stroom te voorzien. Op grote schaal kun je denken aan wind- of watermolens en zonnepanelen, maar op kleine schaal kan het ook. Sterker nog, op kleine schaal is het vooral interessant, omdat je dan voor heel veel apparaatjes geen batterijen meer nodig hebt. En dan wordt ‘draadloos’ – zoals in een draadloos sensornetwerk of Wireless Sensor Network (WSN) – pas écht draadloos.

Onderzoekers aan de Universiteit van Michigan hebben nu op wel héél kleine schaal een energy harvester gemaakt. Hun systeem is slechts 27 kubieke millimeter groot! De energie die het kan oogsten, is trillingsenergie: het kan de trillingen in de omgeving omzetten in elektriciteit.


De harvester is 27 kubieke millimeter, maar deze is onderdeel van een iets groter systeem. Al is dat nog steeds erg klein; zoiets als een suikerklontje. Afbeelding: © University of Michigan
.Meetrillende duikplank

Er zijn verschillende manieren om omgevingsenergie om te zetten naar stroom. Zo kun je gebruiken maken van het thermo-elektrisch effect (koelapparaten), het fotovoltaïsche effect (zonnecel) of elektromagnetische inductie (tekentablet).

Regenmeter
In Delft maakte een student een regenmeter met behulp van het piëzo-elektrisch effect. De druppels vallen dan op de sensor zodat een stroompje aangeeft hoeveel water er naar beneden komt.

En er is het piëzo-elektrisch effect; dat is waar nu de meeste aandacht naar uitgaat, omdat het een efficiënte omzetting is en het gemakkelijk op kleine schaal bereikt kan worden. Ook de wetenschappers in Michigan gebruiken dit effect.

Het piëzo-elektrisch effect houdt in dat een plaatje van speciaal materiaal spanning produceert wanneer het vervormt, bijvoorbeeld bij indrukken. Meestal wordt zo’n plaatje als cantilever toegepast; dan is het een soort duikplank die vastzit aan het object dat gaat trillen. Wanneer het object trilt, gaat de ‘duikplank’ meetrillen en zo wordt er spanning geproduceerd.



De ‘duikplank’ zit vast aan het trillende object (links). Aan het uiteinde zit een gewicht om extra ver door te buigen. Bovenop zit een laag van piëzo-elektrisch materiaal dat spanning genereert bij doorbuiging. Afbeelding: © Hajati and Kim, PowerMEMS 2009

Je kunt het meetril-effect versterken door te zorgen voor resonantie. Dat wil zeggen dat de ‘duikplank’ harder meetrilt (en dus meer spanning opwekt) wanneer het object op een bepaalde frequentie trilt. Welke frequenties dat zijn, hangt af van het materiaal en het type duikplank. Sommige systemen werken bijvoorbeeld goed bij hoge frequenties en andere juist bij lage.

Als een batterij
Het bijzondere aan het systeem uit Michigan is dat het bij veel verschillende frequenties werkt. De ‘basisfrequentie’ is 155 Hertz en de ‘bandbreedte’ is 14 Hertz, wat wil zeggen dat het spanning oplevert bij alle trillingen tussen 148 en 162 Hertz. Dat is ongeveer het type trilling dat je voelt als je je hand op een werkende magnetron legt.


Er bestaan batterijen in allerlei soorten en maten. Een oplaadbare batterijen heeft meestal een spanning van 1,2 tot 1,4 volt. Afbeelding: © Duracell

De hoeveelheid spanning hangt niet alleen af van de frequentie, maar ook van de amplitude van de trilling, oftewel: hoe hard zwiept de duikplank naar beneden? Bij een amplitude van 1,5g (1,5 keer zoveel als de valversnelling) levert het systeem al meer dan 200 microwatt (één microwatt is één miljoenste van één watt). Een geïntegreerde schakeling maakt hier 1,85 volt van: vergelijkbaar met de spanning die een oplaadbare batterij levert.

Met deze prestatie is het apparaatje zo’n vijf tot tien keer efficiënter dan andere systemen, terwijl het toch zo klein is. “We zijn erin geslaagd om in een heel kleine ruimte een systeem te maken dat (bij een bepaalde input) meer energie oplevert dan elk ander apparaat op de markt,” vertelt Khalil Najafi, één van de onderzoekers.

In de fabriek
Het systeem is vooral bedoeld voor in fabrieken, waar veel vraag is naar draadloze sensornetwerken. Het netwerk van sensoren houdt alle machines in de gaten en kan op tijd waarschuwen bij storingen. De energievoorziening is echter een belangrijk obstakel voor een groot netwerk.

“Tot 80% van de totale kosten van een draadloos sensornetwerk gaat naar het installeren en onderhouden van de stroomkabels en het continu checken, testen en vervangen van batterijen,” aldus Erkan Aktakka, ook lid van het onderzoeksteam. “Het gebruik van ‘bestaande energie’ zou een goede oplossing zijn.” Hij doelt hiermee op de vele trillingen in de fabriek, die je met de nieuwe harvester kan benutten voor de sensoren.

Bronnen
•Harb, ‘Energy harvesting: State-of-the-art’, Renewable Energy (2010), doi:10.1016/j.renene.2010.06.014
•Beeby et al., ‘Energy harvesting vibration sources for microsystems applications’, Measurement Science and Technology, 17 (12), art. no. R01, pp. R175-R195, 2006, doi:10.1088/0957-0233/17/12/R01

(Kennislink)

29-04-2011

Nieuwe zenuwcellen, zolang de voorraad strekt

Er heerst een nieuw soort schaarste: namelijk een tekort aan hersencellen. Niet omdat meer hersencellen iedereen wat slimmer zouden maken, maar omdat ziektes als glaucoom en Parkinson die de hersenen aantasten, te bestrijden zijn met nieuwe, gezonde zenuwcellen. Amerikaanse wetenschappers hebben nu het snelheidsrecord verbroken om een gigantische voorraad zenuwcellen te kweken.

Dat schrijven Kang Zhang en zijn collega’s in het tijdschrift PNAS. Om de voorraad hersencellen – oftewel neuronen – aan te leggen, gebruikten de biologen stamcellen. Dat is een cel die nog weet wat hij wil worden: een stukje huid, lever, hart, of brein. Embryo’s die al deze organen nog moeten groeien, bestaan niet voor niets vooral uit klonten stamcel. Het zijn precies dit type stamcellen, uit embryo’s dus, die de biologen gebruikten om nieuwe zenuwcellen te kweken.


Een Afbeelding: © UC San Diego School of Medicine

Nu is het gebruik van stamcellen om neuronen te kweken niets bijzonders. Wel spectaculair is dat het de onderzoekers lukte miljoenen gezonde neuronen binnen één week te maken. Dat zijn nog eens aantallen die stamcelonderzoek zullen versnellen, en de behandeling van zenuwziekten zoals Parkinson of glaucoom met stamceltherapie een flinke stap dichterbij de realiteit brengen.

De sleutel tot succes was een nieuwe cocktail van moleculen waarvan bekend is dat ze bepaalde genen in de stamcel onderdrukken. Door de werking van drie bepaalde genen tegelijk te onderdrukken – voor wie het wil weten waren dat: TGF-β, GSK3 en Notch – veranderde 99 van de 100 stamcellen in zenuwcellen. Groot succes dus.

De stabiele cocktail helpt een ander struikelblok omzeilen. Tot dusver waren afgeleide huid-, hart en zenuwcellen van embryonale stamcellen altijd onvoorspelbaar. Nieuw gekweekte cellen veranderden soms plotseling in kwaadaardige tumoren, kanker dus, en dat wil je natuurlijk niet wanneer je ze in patiënten van hersenziekten injecteert. Zhang en zijn collega’s testten hun nieuwe kweekcellen daarom uit in muizen. De proefdieren met het nieuwe type stamcel waren na een half jaar nog altijd gevrijwaard van tumoren. Muizen waarin gewone stamcellen geïnjecteerd werden, hadden na anderhalve maand al kanker.

Zhang gaat binnenkort kijken of de nieuwe stamcellen daadwerkelijk in proefdieren zenuwziekten kunnen genezen, zonder bijwerkingen. We wachten het even af.

(Kennislink)

02-05-2011

Gebouwen uit de printer

Een hypermoderne ‘printer’ van 3D-prototypes bouwt wiskundige kunstwerken in beton. Nu zijn het nog aardse werken, maar in de toekomst wordt misschien gebouwd op de maan.

Dit is het slot van een ‘trilogie’ rond het uitzonderlijke oeuvre van de Nederlandse wiskundige kunstenaar Rinus Roelofs. Het eerste deel voerde ons via de geweven koepels van Leonardo da Vinci naar het oude Egypte. Het tweede deel handelde het over Da Vinci zelf, die door Roelofs zowaar betrapt werd op een fout.

In dit derde deel bereikt het weefverhaal het futuristische tijdperk: een reusachtige 3D-printer laat toe computerbeelden direct te ‘concretiseren’ in beton. De Universiteit Twente heeft Roelofs in maart gevraagd een serie van vier beelden te maken met de futuristische betonprinter, als symbool voor de wiskundige en kunstzinnige blik van de universiteit naar de toekomst.


Kunstwerk van Rinus Roelofs in Arte Sella in Noord-Italië.

.De wiskunde brengt al lang niet meer alleen maar eenvoudige veelhoeken of veelvlakken voort. Kon men in Griekse tijden de wiskundige vormen nog eenvoudigweg in steen houwen, dan werd hiervoor in de renaissance al een beroep gedaan op ware vaklui, met een afzonderlijke gilde. De huidige wiskundige vormen zijn echter nog ingewikkelder, zodat een uitvoering in steen of beton niet voor de hand ligt.


De stapsgewijze verwezenlijking van een ingewikkelde wiskundige vorm, te zien in Coevorden, dicht bij Hengelo.

Bekisting
Roelofs maakte eerder een vorm met schijnbaar twee op elkaar gestapelde lagen van aan elkaar geschakelde zeshoeken. In werkelijkheid bestaat ze slechts uit één enkele laag die onder en tussen zichzelf kruipt. Roelofs wou dit werk uitvoeren op grote schaal, in beton, maar het maken van de bekisting vormde een probleem.

Gelukkig kon hij het werk opsplitsen zodat één elementair stukje volstond, waarvan vele kopieën daarna samen het gehele kunstwerk kunnen maken. Bovendien kon het elementaire stuk zelfs een vlakke vorm aannemen, wat het maken van de bekisting vereenvoudigde.

Bekistingen hoeven vandaag de dag niet noodzakelijk meer met houten plankjes gemaakt te worden, en er bestaan alternatieven zoals het ‘spuitbeton’, dat zich met een soort verfpistool op een drager laat spuiten.

Maar een manuele tussenkomst van de professionele bouwers blijft onontbeerlijk. Zij moeten in staat zijn om zijn ingewikkelde plannen te lezen en uit te voeren – en deze technici zijn duur. De huidige computertechnologie en 3D-CAD-software laat toe om allerhande vormen te bedenken, maar de bestaande bouwmethodes verhinderen dat alle mogelijkheden worden benut.

Bouwprinter
Dat was ook het probleem waar Roelofs voor stond. Gelukkig had hij begin 2009 de Italiaan Enrico Dini ontmoet op een congres op de universiteit van Eindhoven. Deze ingenieur had de firma D-Shape opgericht, waarmee hij het printen van driedimensionale voorwerpen vanuit CAD-tekeningen voor grote objecten wou toepassen. De firma had al een werk laten uitvoeren van de Londense architect Andrea Morgante, bij wijze van demonstratie. Zodra Roelofs steun kreeg van TNO, de Nederlandse organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek, ging de bal aan het rollen: in 2010 ging D-Shape aan de slag met Roelofs’ werk.

De uitvinding van Enrico Dini bestaat uit een verplaatsbaar skelet op vier pijlers, van 9 tot 12 meter hoog. Het bestrijkt een oppervlakte van 6 bij 6 meter. Toch is de structuur erg licht en kan ze eenvoudig worden ontmanteld, vervoerd en opnieuw gemonteerd in enkele uren, door twee werklieden. Er zijn 300 sproeikoppen op een afstand van 2 cm, die in principe voor een resultaat van 25 dpi kunnen zorgen, al varieert het resultaat in de praktijk tussen de 4 en 6 dpi. Met ‘dots per inch’ wordt hierbij letterlijk bedoeld: ‘betonsteentjes per inch’. Het print-bouwproces is vergelijkbaar met wat een inkjetprinter doet op een vel papier, maar nu wordt bindmiddel op een laag zand gespoten.


Een technicus aan het werk met de betonprinter.

.Het moet gezegd, de materie verkregen door middel van deze methode is niet echt het bekende traditionele beton. Het is een materiaal vergelijkbaar met marmer waarin zand, stof of grind naar hun oorspronkelijke staat van compacte stenen worden teruggebracht. Het heeft een hoge hardheid en een hoge treksterkte, als gevolg van de sterke microkristallijne structuur. Het materiaal is ook snel klaar: na een dag is het uitgehard.



Er werd aan gedacht om de structuur te versterken via bewapening, zoals bij traditioneel beton. Helaas is het niet mogelijk om tussenin enkele lagen staal te leggen en die daarna af te knippen, want metaal moet steeds volledig in het beton liggen, om roesten te verhinderen. De toevoeging van versterkingsvezels bestaande uit glas, koolstof of nylon is een andere mogelijkheid, maar dit vergt verder onderzoek.

Computerbouwen op de maan?
De firma die de betonprinter uitvond, D-Shape, maakt deel uit van het project The Moon Factory, waarbij de beste Europese centra voor onderzoek en ontwikkeling samenwerken om de bouw te bestuderen van een ‘Rapid Manufacturing Unit’ voor de maan. Ze onderzoeken hoe maanstof gebonden kan worden tot een betonachtig mengsel. Hierbij wordt een bindmiddel toegevoegd dat dicht staat bij wat gebruikt wordt om kunststeen te maken. Zo zouden gebouwen op de maan kunnen worden neergezet door alleen dit bindmiddel door te sturen naar een lunaire betonprinter. En dat weegt heel wat minder dan hele gebouwen te moeten vervoeren van de aarde naar de maan.

De mogelijke toepassingen van een dergelijk systeem zijn niet te overzien. Dit kan een revolutie betekenen voor de manier waarop architecten ontwerpen. De bouwprinter laat complexe constructies toe, in één enkel non-stopprocedé, vanaf fundering tot dak, met inbegrip van trappen, scheidingswanden, concave en convexe oppervlakken, bas-reliëfs, zuilen, beelden en holtes voor bedradingen en leidingen.

Om maar één toepassing te noemen: sociale woningen die vandaag meestal identiek zijn, kunnen met één verandering op het scherm en zonder al te veel kosten verschillend gemaakt worden. Wie weet, misschien komt er in de toekomst in plaats van de toets ‘Prt Sc’ (Print Screen) op het computertoetsenbord ook een toets ‘Bld Sc’: ‘Build Screen’…

(Kennislink)

03-05-2011

Wetenschappers maken zoenen via internet mogelijk



Wellicht een uitkomst voor mensen die een grote liefde op afstand hebben: een apparaatje waarmee via internet gezoend kan worden. Wetenschappers hebben een systeem ontwikkeld, dat dit mogelijk maakt. Het systeem werkt met een kastje dat voorzien is van een mondstuk. Dat mondstuk dien je in je mond te stoppen en vervolgens met je tong zo zwoel mogelijk rond te draaien. Je partner aan de andere kant, die zo'n zelfde kastje heeft, voelt dan precies de bewegingen die je maakt.

Of het systeem in de huidige vorm enigszins te vergelijken is met een echte tongzoen, valt natuurlijk te betwijfelen, maar de wetenschappers zijn van plan om het nog te verbeteren. Zo willen ze ook de vochtigheid van de tong, de manier van ademhalen en smaak aan het apparaat toevoegen om je echt het idee te geven dat je met iemand zoent. De onderzoekers zien flinke mogelijkheden voor het systeem. Zo zou een populaire zanger of acteur het apparaat kunnen gebruiken om fans in staat te stellen met hem op afstand te zoenen.


(gadgetzone.nl)

05-05-2011

Andersvaliden kunnen rolstoel binnenkort met oren besturen

Wetenschappers werken aan een nieuwe methode om gehandicapten mobiel te maken. Mensen die armen noch benen kunnen bewegen, zullen in de toekomst de rolstoel met behulp van oorspieren kunnen besturen. Dat heeft het Universitair Ziekenhuis van Göttingen meegedeeld.

Samen met collega's uit Heidelberg en Karlsruhe ontwikkelen neurologen van Göttingen daarvoor een zogenaamd 'telemetrisch myo-elektrisch oorspieraftapsysteem' (Telmyos). Een kleine chip achter het oor ontvangt spiersignalen en stuurt dat door naar een ontvanger, waarmee de rolstoel bestuurd wordt.

Wiebelen
Sommige mensen kunnen van nature met de oren wiebelen. Alle anderen kunnen dat volgens de neurologen van Göttingen door doelgerichte training aanleren. Bij iedere spieractivering komen er elektrische signalen vrij. Dat bracht de onderzoekers op het idee om de oorspieren doelgericht te gebruiken. De wetenschappers willen nu een apparaat bouwen, dat de elektrische signalen kan verwerken. Daarbij worden ze gesteund door de onderneming Otto Bock HealthCare uit Duderstadt. Ook het federale ministerie voor Wetenschap steunt het project met meer dan 800.000 euro.

"Iedere toename van autonomie, hoe klein ook, betekent enorm veel voor deze patiënten, die tot dusver voor alle dagelijkse handelingen hulp van derden nodig hebben", zegt projectleider prof. David Liebetanz. (belga/tma)

(HLN)

05-05-2011

Aan een miljoen dollar heb je niks, als je het universum begrijpt

De Russische wiskundige Perelman, die een miljoen dollar afsloeg voor zijn oplossing van het vermoeden van Poincaré, geeft eigenlijk nooit interviews. Voor de krant Komsomolskaya Pravda maakte hij een uitzondering. Hij zegt dat het vermoeden van Poincaré de sleutel is tot het begrijpen van de aard van het universum.


Grigori Perelman met zijn moeder. Ze wonen samen in een eenvoudige flat in St. Petersburg. Afbeelding: © Komsomolskaya Pravda

De geniale Rus Grigori Perelman werd in het begin van deze eeuw beroemd binnen de wiskundewereld, omdat hij een van de grootste open vraagstukken uit de wiskunde had opgelost: het vermoeden van Poincaré. Ook buiten de wiskunde werd zijn naam bekend, zeker nadat hij vorig jaar te kennen had gegeven niet geïnteresseerd te zijn in een miljoen dollar, het prijzengeld dat het Clay Mathematics Institute had uitgeloofd voor zijn prestatie. De pers wilde hij toen niet te woord staan.

Het 44-jarige genie maakte één keer een uitzondering: voor Alexander Zabrovski, een journalist en documentairemaker die bezig is met een film over ’s werelds beroemdste wiskundigen, maakte hij tijd vrij.

Zabrovski had via de Joodse gemeenschap van St. Petersburg contact gezocht met Perelmans huisgenoot: zijn moeder. Niet eerder was een journalist erin geslaagd Perelman warm te maken voor een interview. Een ingekorte versie van het interview verscheen vorige week in de Russische krant Komsomolskaya Pravda.

Jezus die over water liep
“Een baby doet vanaf de geboorte ervaring op. Als je de armen en benen kunt trainen, waarom dan niet ook de hersenen?” zei Perelman. Tijdens de Internationale Wiskunde Olympiade in Budapest in 1982 won Perelman een gouden medaille. “We losten dingen op waarvoor je abstract moest denken. De dagelijkse training bestond uit wiskundige logica.”

Als scholier werd Perelman gegrepen door een Bijbels mysterie: hoe was Jezus erin geslaagd om over water te lopen? “Ik moest uitrekenen hoe snel hij moest lopen op het water, teneinde er niet doorheen te vallen.” Sinds die tijd is Perelman gefascineerd door de driedimensionale ruimte van het universum, en dat is precies waarover Poincaré’s vermoeden, dat hem later beroemd zou maken, gaat.



In een notendop zegt dit vermoeden dat elke vorm zonder gat kan worden opgerekt of ingekrompen tot een bol. Het probleem werd voor het eerst gesteld in 1904, door de Franse wiskundige Henri Poincaré. Perelman legt uit waarom dit probleem zo belangrijk is: “Het vermoeden van Poincaré geeft inzichten in ingewikkelde fysische processen in de theorie van de schepping. Bovendien geeft het een antwoord op fundamentele vragen over de aard van het universum, de vorm van het heelal. Het is erg interessant. Ik ben op zoek naar het grenzeloze. Alles wat grenzeloos is, kan worden omarmd.”

Een miljoen dollar
Voor velen is de hamvraag: waarom is iemand niet geïnteresseerd in een miljoen dollar? Perelman ontliep de vraag niet, maar of we wijzer worden van zijn vage antwoord is zeer de vraag: “Ik heb geleerd om leegte te berekenen. Ik en mijn collega’s bestuderen mechanismen die sociale en economische leegtes opvullen. Leegte is overal, het kan worden berekend. Dit opent grote mogelijkheden. Ik weet hoe ik het universum kan beheersen. Waarvoor zou ik een miljoen nodig hebben?”

Perelman noemde ook een ander aspect: het ergert hem dat het werk van andere wiskundigen niet wordt beloond door het Clay Mathematics Institute. Perelman noemt Richard Hamilton, wiens input net zo belangrijk is.


Grigori Perelman. Afbeelding: © Komsomolskaya Pravda

Abnormaal?
Ook al zou je het op het eerste gezicht niet zeggen, Perelman blijkt een heel normale man te zijn, anders dan de media hem doorgaans neerzetten. “Hij is realistisch, pragmatisch en helder van geest, maar kan ook sentimenteel zijn. Hij weet wat hij wil en hoe hij het kan krijgen,” aldus Zabrovski.

De documentaire van Zabrovski gaat weliswaar over beroemde wiskundigen, maar het zijn niet de persoonlijke verhalen die centraal staan. De film zal gaan over de samenwerking en de strijd tussen de drie leidende wiskundige scholen in de wereld: de Russische, de Chinese en de Amerikaanse. Dit maakt dat Perelman welwillend stond tegenover de journalist en documentairemaker. Hij hekelt de manier waarop de meeste andere journalisten te werk gaan: “Zij zijn alleen maar geïnteresseerd in de vraag waarom ik niet naar de kapper ga en waarom ik mijn nagels niet knip, niet in de wiskunde.”

Op deze website is een leuk filmpje over Perelman te zien.
.
(Kennislink)

06-05-2011

Koptelefoon kan je gedachten lezen en omzetten in woorden



"Neen, effe niet aan seks denken nu", zie je de jongen op de foto bijna denken. Een groep studenten van de Australische universiteit van Canberra heeft namelijk een systeem ontwikkeld dat onze gedachten kan lezen én meteen vertalen in woorden op een computerscherm.

De zogenaamde 'Brain Speller' bestaat uit een koptelefoon die signalen van de hersenen ontvangt via elektroden die aan de schedel worden aangebracht. Een softwareprogramma zet die signalen om in woorden. Zo kunnen patiënten die verlamd zijn, hersenschade opliepen of aan dementie lijden toch communiceren.

"We deden wat onderzoek en ontdekten dat het aantal mensen die niet op een gewone manier kunnen communiceren enorm groot is in Australië en in de rest van de wereld", zegt projectleider Paul Du aan news.com.au. "We zijn verheugd dat we verbeelding en technologie hebben kunnen combineren tot een product dat de levensomstandigheden van velen kan verbeteren en echt hulp kan bieden aan een probleem waar heel veel mensen mee kampen."

Het team van Du kreeg voor hun uitvinding de titel van 'Team Australia' tijdens de nationale finale van 'Microsoft's Imagine Cup 2011', die gisteren plaatsvond in Sydney. Door deze overwinning kan de ploeg ook meedoen aan de wereldfinale in New York in juli, waaraan 400 studenten uit de hele wereld deelnemen. Allen hebben ze de technologie vooruit geholpen in de strijd tegen ziektes, armoede en kindersterfte. De winnaar krijgt 25.000 dollar baar geld om in de uitvinding te pompen. (jv)

(HLN)

09-05-2011

Flinterdunne flexibele smartphone in de maak


Drie Canadese wetenschappers van de Queen's Universiteit in Kingston (Ontario) hebben een flinterdunne en buigzame smartphone ontworpen: de Paperphone. Een prototype is nu al beschikbaar.

Het mobiele toestel is vervaardigd uit elektronisch papier en kan alles wat de gebruikelijke smartphone ook kan: sms'en, bellen en muziek beluisteren. Eigen aan de Paperphone is dat hij de vorm aanneemt van waar hij wordt weggestoken, de broekzak bijvoorbeeld.

Een variant van de flinterdunne Paperphone is de Snaplet. Door het buigzame scherm kan deze zakcomputer zelfs om de arm gedragen worden.

Uitvinder Roel Vertegaal maakt duidelijk dat het toestel werkt zoals "een interactief blad papier". De Snaplet wordt gebruikt door het toestel te buigen of door erop te schrijven met een pen.

Vertegaal gelooft dat met de Paperphone een nieuw tijdperk wordt ingeluid. "Binnen vijf jaar gaat elk elektronisch toestel er zo uitzien. Het papierloze bureau zou binnenkort wel eens werkelijkheid kunnen worden."

Het beeldscherm van het toestel kent een diagonaal van 9,5 centimeter en steunt op de e-inktechnologie die ook in digitale boekenlezers is terug te vinden. Het voordeel van deze schermen is dat ze veel minder energie verbruiken. De toestellen kunnen echter niet goed kleur of video's weergeven, een nadeel. (adha)

(HLN)

17-05-2011

Geschiedenisles wordt virtual reality

Je loopt door een stoffige stad in Boeotia, Griekenland. Een man op een ezel passeert je. Een jongen heeft een waterkan gebroken. De scherven liggen naast de put. Marktkooplui prijzen hun waren aan. Een vrouw ontpit olijven. Geen auto, geen smart phone te zien – je bent terug in de tijd, in een virtuele wereld.

Bovenstaande zou binnen niet al te lange tijd wel eens onderdeel van een geschiedenisles kunnen zijn. De Europese Commissie sponsort een nieuw grootschalig project dat Collective Experience of Empathic Data Systems (CEEDS) heet. CEEDS is een op virtual reality gebaseerd systeem dat primair ontwikkelt wordt als hulpmiddel om complexe dataverzamelingen te analyseren. Het systeem kan echter ook prima gebruikt worden om bijvoorbeeld de uit een opgraving verkregen gegevens ‘tot leven te wekken’ in een digitale presentatie.


Afbeelding: © Universiteit Leiden

Verbanden leggen
Archeologen, maar ook andere wetenschappers, worstelen met een algemeen probleem: er zijn veel te veel gegevens beschikbaar. Veel databases met gegevens zijn op het eerste gezicht vooral een nogal onoverzichtelijke brij van cijfertjes. In al die datachaos is het vaak niet eenvoudig om nieuwe ontdekkingen te doen.

Dit is de reden dat CEEDS ontwikkeld wordt. Door gebruik te maken van de mogelijkheden die virtual reality biedt, is het mogelijk om al die data te visualiseren. Door letterlijk ‘rond te lopen’ in de data, denken de onderzoekers makkelijker hun gegevens te kunnen analyseren en verbanden te kunnen leggen die ze in een cijferbrij over het hoofd zouden zien.

Onderzoekers die ‘rondlopen’ door de data worden bovendien aangesloten op allerlei sensoren die signalen uit het onderbewustzijn kunnen registreren. Bijvoorbeeld door hersenactiviteit, hartslag en ademhaling te meten. Volgens de wetenschappers is het onderbewustzijn vaak veel beter in staat om nieuwe relaties en verbanden te vinden. Wanneer een onderzoeker ‘rondloopt’ door zijn data en de sensoren een verhoogde activiteit in zijn of haar onderbewustzijn vaststellen, kan dat een reden zijn om een specifiek gebied nog eens nader te bekijken.

Oude Griekse steden
Een van de archeologen die meewerkt aan het project is dr. Chiara Piccoli van de Universiteit Leiden. Volgens Piccoli, die gespecialiseerd is in de virtuele reconstructie van oude Griekse steden, dient CEEDS een zowel belangrijk wetenschappelijk als educatief doel: “Dankzij de technologieën die CEEDS ons aanreikt, begrijpen we onze data beter. Bovendien kunnen we het grote publiek op een zeer toegankelijke manier laten zien wat we hebben gevonden. Als mensen zich kunnen inleven in de geschiedenis maakt dat hen bewuster, zowel van het plaatselijke erfgoed als van wat archeologen nou eigenlijk precies doen”

(Kennislink)

24-05-2011

Mysterieuze breincellen verbreken record

Raar maar waar: je brein bestaat maar voor de helft uit echte zenuwcellen. De andere helft wordt ingenomen door astrocyten, een soort van onmisbare hulpcellen. Ze voorzien onze neuronen van voedsel en repareren ze af en toe. Hoewel astrocyten onmisbaar zijn voor een gezond brein, begrijpt niemand precies hoe ze werken. Maar dat gaat waarschijnlijk veranderen, want wetenschappers hebben voor het eerst miljarden astrocyten in het lab gekweekt; een ware recordprestatie.


‘Astrocyt’ betekent letterlijk vertaald ‘stercel’. Geen bijzondere reden, behalve dat ‘ie stervormig is. ’credits’>Afbeelding: © Wikimedia Commons

Neuroloog Su-Chun Zhang en zijn collega’s van de universiteit van Wisconsin–Madison lukten het om op een goedkope manier binnen enkele weken een gigantische voorraad astrocyten te kweken. De wetenschappers beschrijven hun succesrecept in het blad Nature Biotechnology.

Maar wat heb je aan een voorraad astrocyten in je laboratorium? Wel, onderzoekers weten al langer dat astrocyten onmisbaar zijn voor het brein, en dat ze zich bij aandoeningen zoals epilepsie en de ziekte van Parkinson anders gedragen. Maar wat de cellen precies uitspoken, is nogal onduidelijk.

Als we zenuwproblemen tot op de bodem willen uitzoeken en aanpakken, kunnen we niet om astrocyten heen. Dat ze nu en masse te kweken zijn in een lab, is dan ook goed nieuws.

Om miljarden astrocyten te kweken maakte Zhang gebruik van stamcellen. Dat zijn cellen die nog in allerlei andere soorten gespecialiseerde cellen kunnen veranderen, zoals huid- lever- of zenuwcellen. Met de juiste chemische cocktail wil zo’n stamcel ook wel in een astrocyt veranderen, blijkt nu. In Zhangs cocktail zit een waslijst aan ingrediënten waar we je niet mee lastig zullen vallen. De ingewikkelde cocktail bleek zo goed te werken dat de neuroloog uit slechts één stamcel ongeveer drie miljard astrocyten wist te kweken.


Stamcellen in schaaltjes. Om er astrocyten van te maken heb je ingewikkelde cocktails nodig. Maar dan heb je er ook gelijk heel veel. Afbeelding: © Ronald Veldhuizen

En de astrocyten blijken ook voor de volle honderd procent astrocyt te zijn. Op foto’s zien ze er exact uit als de astrocyten die wetenschappers uit muizenbreintjes hadden gepeuterd.

Ze hebben eveneens dezelfde kenmerken als ‘echte’ astrocyten aan de buitenkant, en reageren op precies hetzelfde wanneer ze in contact kwamen met echte zenuwcellen.

De gekweekte astrocyten bleken zelfs zonder problemen in de hersenen van proefmuizen te nestelen. De miljarden die Zhang nu kan kweken zijn dus hartstikke geschikt om de echte astrocyten in ons brein te begrijpen.

De kleine wereld van de astrocytenkweek zat al een tijdje op een ontdekking als die van Zhang te wachten. Op zich lukte het onderzoekers al eens eerder om van stamcellen astrocyten te maken, maar die waren vaak vervuild met andere cellen en bovendien bleven de aantallen altijd klein.

Bij de ouderwetse manier gebruikten onderzoekers geen cocktail, maar plaatsten ze stamcellen in een schaaltje met stofjes uit het brein. Die stofjes haalden dan de stamcellen over om in breincellen te veranderen, waaronder hopelijk dan ook een paar astrocyten.

Uiteindelijk bevat zo’n schaaltje dan inderdaad ook heus wel een paar astrocyten, maar vooral een heleboel andere zenuwcellen die je eigenlijk niet wilt onderzoeken. Kortom, zo’n schaaltje is dan gewoon een ‘rommeltje’. Voordat je onderzoek naar de astrocyten kan doen, moet je die rommel eerst opruimen; maar dat is zonde van de tijd en het geld.

Over tijd en geld gesproken: Zhangs cocktail voor astrocyten is geen Coca Cola-geheim. Elke wetenschapper die de publicatie in Nature Biotechnology opzoekt, kan het in zijn eigen lab nadoen. Iedereen kan dus van de mijlpaal genieten, en daarom verwacht de neuroloog dat we snel meer zullen horen over de belangrijkste hulpjes in ons brein.

(Kennislink)

27-05-2011

Deel van de hersenen voor 'vleermuiszicht' gevonden



Het deel van het brein waarmee blinden hun zogenaamde vleermuiszicht, of echolocatie, gebruiken, werd gevonden door onderzoekers aan de universiteit van West-Ontario in Canada. Uit het onderzoek blijkt dat blinden toch het deel van de hersenen waarmee andere zien, gebruiken. Dat meldt het Engelse BBC News.

Sommige blinden hebben geleerd hoe ze door middel van klikgeluiden kunnen 'zien'. Aan de hand van de echo van deze klikgeluiden, kunnen ze zich een beeld vormen van de omgeving. Vleermuizen 'zien' op een soortgelijke manier. Ze stoten geluidsgolven uit en vormen zich een beeld op basis van de echo's.

Hersendelen
Door middel van fMRI-hersenscans konden de onderzoekers nauwkeurig meten welke delen van de hersenen geactiveerd werden wanneer de blinden de echo's van klikgeluiden hoorden. Uit dat onderzoek blijkt nu dat het dezelfde hersendelen zijn die gebruikt worden om met de ogen te kijken.

De onderzoekers verwachten dat dankzij deze nieuwe informatie de studietechnieken voor echolocatie verbeterd kunnen worden. (sg)

(HLN)

08-06-2011

Twee nieuwe elementen in periodiek systeem

Twee nieuwe chemische elementen zijn officieel erkend door een internationale commissie van scheikundigen en natuurkundigen. De twee elementen, die nog geen naam hebben, krijgen nummer 114 en 116 in het periodiek systeem der elementen.


Foto: Thinkstock

Het totaal aantal bekende elementen staat echter op 114, omdat de elementen 113 en 115 nog niet officieel zijn goedgekeurd, aldus Paul Karol van de Carnegie Mellon University.

Karol is voorzitter van de commissie die gaat over de erkenning van nieuwe elementen.

Afgevuurd

De nieuwe elementen, die minder dan een seconde hebben bestaan, werden ontdekt bij experimenten in 2004 en 2006.

Twee lichtere elementen werden op elkaar afgevuurd, in de hoop dat ze aan elkaar zouden blijven plakken. De elementen bestonden minder dan een seconde, waarna ze uit elkaar vielen. "Het is een atoom per keer", aldus Karol.

Verzinnen

De wetenschappers die hebben bijgedragen aan de ontdekking van de elementen zijn gevraagd een naam voor de elementen te verzinnen.

De huidige cijfers waarmee de elementen worden aangeduid verwijzen naar het aantal protonen in de atoomkern.

© Novum

(nu.nl)

07-06-2011

Erdös’ probleem uit de combinatorische meetkunde opgelost

Teken een stel punten en verbind elk tweetal punten met een rechte lijn. Doe het zo, dat het aantal verbindingslijnen van verschillende lengte minimaal is. Hoe groot is die minimale waarde als het aantal punten groot is? Dit 65 jaar oude vraagstuk is nu opgelost.

De befaamde Hongaarse wiskundige Paul Erdös (1913-1996) is – dankzij een publicatielijst van ruim 1500 artikelen – vooral bekend als probleemoplosser, maar hij bedacht zelf ook nieuwe problemen. Een daarvan is het verschillende afstanden probleem uit 1946. Nu, 65 jaar later, is het probleem opgelost door Nets Hawk Katz van de Indiana University en Larry Gutz van het Institute for Advanced Study in Princeton.

Teken een stel punten en verbind elk tweetal punten met een rechte lijn. Lijnen van verschillende lengte geef je verschillende kleuren, lijnen van gelijke lengte krijgen dezelfde kleur. De vraag die Erdös stelde is: wat is het kleinst mogelijke aantal kleuren bij een gegeven aantal punten?

Bij drie punten is het makkelijk: één kleur volstaat, door de punten op de hoekpunten van een gelijkzijdige driehoek te plaatsen. Bij vier punten heb je twee kleuren nodig en ook bij vijf punten lukt het met twee kleuren, zie onderstaande illustratie.


Afbeelding: © Alex van den Brandhof

Bij zes of zeven punten heb je een derde kleur nodig; de twee mogelijkheden om zeven punten te rangschikken, zie je hieronder.


Afbeelding: © Alex van den Brandhof

.Bij acht of negen punten heb je vier kleuren nodig; de vier mogelijkheden om negen punten te rangschikken, zie je hieronder. Slechts bij één mogelijkheid zijn alle lijnen met kleur aangegeven. Bij de andere drie mogelijkheden is van elke lengte er één met kleur aangegeven; de overige lijnen zijn gestippeld met zwart. Overtuig jezelf dat er geen vijfde kleur nodig is om deze stippellijnen te kleuren!


Afbeelding: © Alex van den Brandhof

Heel veel punten: hoeveel kleuren?
De vraag is hoe het verder gaat als het aantal punten toeneemt. Bij een zeer groot aantal punten is het verre van eenvoudig om uit te vinden hoe je de punten moet rangschikken, om het aantal verbindingslijnen van verschillende lengte te minimaliseren.


Nets Katz.

Katz zegt dat ze ongeveer drie maanden hebben gewerkt aan hun artikel ‘On the Erdös distinct distance problem in the plane’, dat inmiddels is geaccepteerd door het prestigieuze tijdschrift Annals of Mathematics. “Maar het bewijs dat we daarin geven, is gebaseerd op eerder werk van ons en van andere wiskundigen,” zegt hij. “In feite is het bewijs een product van meerdere jaren.”

De twee wiskundigen gebruikten verschillende technieken uit de wiskunde. In eerste instantie probeerden ze het probleem geheel langs algebraïsche weg te tackelen. “Op een zeker moment realiseerden we ons dat deze methode niet toereikend was. We eindigden met een combinatie van verschillende technieken.” Zo gebruikten ze onder meer de ham-sandwich-stelling, een resultaat uit de algebraïsche topologie.

Door hun nieuwe ideeën konden de wiskundigen bewijzen dat als je uitgaat van n punten, het aantal verbindingslijnen van verschillende lengte ten minste gelijk is aan een constante maal n/log(n). Dit is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de ondergrens die hiervoor bekend was. Fieldsmedaille-winnaar Terence Tao is onder de indruk van het werk van Katz en Gutz. “Hiermee is de basis gelegd voor verdere ontwikkelingen in de combinatorische meetkunde,” schreef hij.

Katz zegt dat een wiskundig probleem hem enorm kan fascineren. Zoals bij zo veel wiskundigen, gaat het hem om het probleem zélf. Maar ook toegepast wiskundigen kunnen blij zijn: de combinatorische meetkunde wordt gebruikt in onder meer de robotica en bij computer graphics.


Ronald Graham, zijn vrouw Fan Chung Graham en Paul Erdös in 1986 in Japan. Afbeelding: © Ron Graham

Een check van Erdös
Met het geld dat Erdös met zijn lezingen en gastcolleges verdiende, loofde hij prijzen uit voor de persoon die een door hem bedacht probleem zou oplossen. Sommige prijzen waren symbolische geldbedragen, maar voor ingewikkelde problemen kon het prijzengeld aardig oplopen. Voor het verschillende afstanden probleem was een check ter waarde van 500 dollar beschikbaar.

Na Erdös’ dood in 1996 heeft Ronald Graham, een vooraanstaand wiskundige op de befaamde Bell Labs en een goede vriend van Erdös, een aantal nog openstaande problemen geadopteerd en zich garant gesteld voor eventuele uitbetaling.

Het geld hoeven Katz en Guth echter niet te hebben. Veel liever hebben ze de originele check, ondertekend door Erdös, ook al kan die niet meer ingewisseld worden voor geld. “Die check is het waard om ingelijst te worden. Ik hoop echt dat die bewaard is gebleven,” aldus Katz.

(Kennislink)

14-06-2011

Bewusteloos brein in kaart gebracht

Britse wetenschappers hebben voor het eerst hersenscans gemaakt van patiënten in de operatiekamer op het moment dat ze hun bewustzijn verloren.

Als mensen hun bewusteloos raken, neemt de activiteit in hun brein snel af. Maar sommige hersendelen blijven vermoedelijk nog een tijdje met elkaar communiceren.



Dat meldt BBC News op basis van een onderzoek aan de Universiteit van Manchester.

De nieuwe bevindingen suggereren volgens hoofdonderzoeker Brian Pollard dat het verlies van het bewustzijn een proces is waarbij verschillende delen van het brein elkaar afremmen, waardoor er uiteindelijk totale bewusteloosheid ontstaat.

Klein apparaat

De wetenschappers kwamen tot hun bevindingen door hersenscans te maken van patiënten die onder narcose gingen voor een operatie. Ze gebruikten daarvoor een techniek die veel compacter is dan de traditionele fMRI-scan.

Deze zogenaamde fEITER-scan kan worden verricht met een apparaat dat gemakkelijk in een operatiekamer kan worden opgesteld.

Hoofdtrauma

De wetenschappers benadrukken dat nog te weinig mensen zijn onderzocht om definitieve conclusies te trekken over de werking van de hersenen tijdens bewusteloosheid.

De compacte hersenscanners komen echter niet alleen van pas voor wetenschappelijk onderzoek. Met de nieuwe techniek wordt het ook eenvoudiger om de hersenen in de gaten te houden van mensen die bewusteloos zijn geraakt door een hartaanval of door hoofdtrauma.

© NU.nl/Dennis Rijnvis

(nu.nl)

Mooi werk ExperimentalFrentalMental!

quote:

Op woensdag 15 juni 2011 09:48 schreef Chiwakka het volgende:
Mooi werk ExperimentalFrentalMental!

18-06-2011

'Geurtelevisie komt eraan'

Wetenschappers hebben een manier ontwikkeld om te kunnen ruiken wat je op televisie ziet.


Foto: Thinkstock

Ze verwachten dat dit een volledig nieuwe generatie televisies zal opleveren.
Televisieprogramma’s zijn gemaakt om je zintuigen te prikkelen en emoties op te wekken.

Dit gebeurt nu alleen via geluid en beeld, maar als het aan een onderzoeksteam van de Universiteit van Californië ligt, dan komt daar in de toekomst ook geur bij.

Waterachtige oplossingen

De onderzoekers ontwikkelden een apparaatje dat door middel van waterachtige oplossingen duizenden verschillende geuren kan opslaan. Deze geuren komen vrij als een scène op televisie daartoe aanleiding geeft.

Als in een programma bijvoorbeeld iemand een stukje appeltaart met een kop koffie bestelt, dan worden de twee compartimenten met appeltaart- en koffiegeur gestimuleerd en laten ze hun geur vrij.

Toekomstmuziek

Het zal nog wel een tijd duren voor er ook echt geurtelevisies in de winkel te koop zijn. Het onderzoeksteam heeft bewezen dat het kan, maar werkt nu aan een prototype dat klein genoeg is en de juiste geuren op het juiste moment produceert.

Ze willen naast het apparaat voor televisies ook een versie ontwikkelen die geschikt is voor mobiele telefoons.

Dan rest ook nog de vraag op televisiekijkers op deze nieuwe ontwikkeling zitten te wachten. Natuurlijk is het leuk als iemand het parfum van zijn of haar favoriete acteur of actrice kan ruiken, maar wat als iemand in een hondendrol stapt of een muffe kelder ingaat?

(nu.nl)

Nee dank je, dat is wel het laatste wat ik wil, ambipur tv

quote:

Op maandag 20 juni 2011 19:09 schreef Pietverdriet het volgende:
Nee dank je, dat is wel het laatste wat ik wil, ambipur tv

28-06-2011

Nederlandse wetenschappers kweken proefbuishamburger in strijd tegen voedseltekort



Wie wil de eerste proefbuishamburger achter de kiezen steken? Daar zijn Nederlandse wetenschappers naar op zoek. Zij werken aan zo'n burger met rundsgehakt gemaakt uit stamcellen.

Over nog geen jaar zal deze burger een feit zijn, beweren professor Mark Post van de Universiteit van Maastricht en zijn team. "Ik zie geen enkele manier om de komende decennia voort te bouwen op de ouderwetse veestapel", zegt Post. "Proefbuisvlees zal onze enige resterende keuze zijn."

Niet genoeg vee voor stijgende wereldbevolking
Zo moet de mens geen dieren meer slachten om aan vlees te geraken. De wereldpopulatie groeit zo snel dat er ook niet genoeg vee zal overblijven om iedereen van vlees te voorzien. De oplossing ligt volgens de Nederlandse wetenschappers dan ook in het kweken van runds-, kippen- en lamsvlees in een laboratorium.

Ze werken ook aan een hamburger, die zal ontwikkeld worden uit 10.000 stamcellen afkomstig van vee. De stamcellen worden in het lab vermenigvuldigd met een factor van meer dan een miljard om zo spierweefsel te kweken dat op rundsvlees gelijkt. Naam van het nieuwe product: in vitro-vlees.

Ook al gelijkaardige varkensreepjes en visfilets
"We proberen daar een consumptie-artikel van te maken en we zoeken een proefpersoon die het als eerste wil testen", aldus professor Post. "Als we geen kandidaten vinden, dan doe ik het zelf."

In 2009 produceerden wetenschappers van de Universiteit van Maastricht ook al varkensreepjes via dezelfde methode, maar ze moesten toegeven dat het er allemaal niet zo appetijtelijk uitzag. De reepjes waren grijs en hadden de textuur van calamares. En in New Yorkse labo's werden visfilets ontwikkeld uit stamcellen van spierweefsel van goudvissen. Ook al smaken al die pogingen niet zoals het echte vlees dat we gewoon zijn, toch denken wetenschappers dat we snel zullen wennen aan de nieuwe smaak.

Verwacht wordt dat de vleesconsumptie tegen 2050 zal verdubbelen. De proefbuisburger zou weleens de eerste stap naar een voedselrevolutie kunnen zijn, zo menen de wetenschappers, om de toenemende vraag naar vlees te kunnen bijhouden. (hlnsydney/jv)

(HLN)

27-06-2011

Meer dan 1000 nieuwe soorten op Nieuw-Guinea


De Monitor hagedis (Varanus macraei), Papua New Guinea. Deze hagedissen kunnen wel een meter lang worden. Foto: WWF, Lutz Obelgonner

In tien jaar tijd zijn 1060 nieuwe planten- en diersoorten ontdekt op het tropische eiland Nieuw-Guinea. Dat meldde het Wereld Natuur Fonds (WNF) maandag in een nieuw rapport.

Onder de ontdekkingen die gedaan zijn van 1998 tot en met 2008 zijn onder meer een dolfijn met een ronde kop, een kikker met vampierachtige tanden en tientallen vlinders. Andere opvallende vondsten waren een rivierhaai die 2,5 meter lang kan worden en een blinde slang, die niet kan bijten en maar 12 tot 14 centimeter lang is. Ook zijn 218 nieuwe plantensoorten aangetroffen.


De 'snub-fin' dolfijn, Papua Nieuw Guinea. Deze dolfijn werd onverwacht ontdekt in 2005 en is kenmerkend door zijn ronde kop. Foto: WWF, Isabel Beasley

Regenwouden
De regenwouden op Nieuw-Guinea, dat bestaat uit een Indonesisch deel in het westen en het zelfstandige Papoea-Nieuw-Guinea in het oosten, zijn de op twee na grootste van de wereld. De bossen op het eiland bevatten naar schatting 8 procent van alle soorten op aarde.

Het WNF tempert het optimisme over de nieuwe vondsten door te waarschuwen dat mensen het regenwoud op Nieuw-Guinea in een hoog tempo vernietigen. De problemen worden onder meer veroorzaakt door houtkap voor onder meer palmolieplantages, wegenbouw en mijnbouw.

Volgens het WNF eist ook klimaatverandering haar tol van de wouden. (Lees hier een deel van het 'Living Forests Report' van het WWF).

(depers.nl)

29-06-2011

Nieuwe diersoorten ontdekt op Filipijnen

Kreeften zonder schalen en diepzeehaaien die kunnen opzwellen om aanvallers te verjagen.


Foto: ANP

Die opmerkelijke dieren behoren tot de ruim 300 nieuwe dier- en plantensoorten die zijn ontdekt op de Filipijnen, aldus onderzoek van de California Academy of Sciences woensdag.

''De Filipijnen behoren tot de beste plaatsen ter wereld wat betreft verscheidenheid aan leven'', zei expeditieleider Terrence Gosliner. ''We vonden nieuwe soorten bij bijna elke duik en trektocht over de riffen en regenwouden van het land.''

Veel soorten waren nog niet ontdekt omdat ze erg klein zijn of op zeer afgelegen plekken leven.

Maandag meldde het Wereld Natuur Fonds (WNF) nog dat in 10 jaar tijd 1060 nieuwe planten- en diersoorten zijn ontdekt op het tropische eiland Nieuw-Guinea.

© ANP

(nu.nl)

08-07-2011

‘Mensen kunnen duizend jaar oud worden’

De tot nog toe oudst bekende mens is 122 geworden. Maar volgens een Britse gerontoloog is de eerste persoon die 150 wordt, al geboren. En daarna zal de wetenschap steeds verder uitlopen op de dood.


Foto: ANP

Zo zal de medische levensverwachting slechts 20 jaar na de eerste 150-jarige al zijn opgelopen naar duizend jaar.

Deze gewaagde voorspellingen bracht Aubrey de Grey, een spraakmakende wetenschapper van de universiteit van Cambridge, vorige week naar buiten tijdens zijn lezing voor de Royal Institution of Great Brittain.

Dit in Londen gevestigde instituut zet zich in voor verspreiding van nieuwe wetenschappelijke inzichten. De Grey werkt al geruime tijd aan een methode om langer jong en gezond te blijven, zoals blijkt uit een interview met hem eind november vorig jaar.


Vroegtijdige reparatie

De theorie van De Grey gaat uit van de introductie van medische technieken die celschade weer repareren, voordat deze ziekmakend en potentieel levensbedreigend wordt, zoals in het geval van kanker.

Volgens De Grey komt daarbij een moment waarop medische ontwikkelingen steeds verder inlopen op onze veroudering. Zo kunnen de ouderdomskwalen waaraan 200-jarigen (in theorie) zouden komen te overlijden al verholpen zijn, nog vóór iemand die leeftijd heeft bereikt.

Het tempo waarin mensen verouderen ligt dan lager dan het tempo waarin de medische wetenschap ons weer kan herstellen. De levensverwachting kan daarbij exponentieel toenemen.


Omgekeerde bewijslast

Alhoewel er geen concrete voorbeelden zijn om de theorie te onderbouwen, vindt De Grey toch bijval binnen de wetenschappelijke gemeenschap.

Zo heeft het gerenommeerde Massachusetts Institute of Technology (MIT) in 2005 zijn critici uitgedaagd door 20.000 dollar uit te loven aan de moleculair bioloog die kan aantonen dat de anti-verouderingstheorie principieel fout is. MIT heeft dit bedrag tot nog toe niet hoeven uitkeren.


Bijwerking

De Grey stelt dat er geen sprake is van het in leven houden van oude, gebrekkige mensen. “Dit gaat om de preventie van ouderdomsziekten. De therapieën waar wij aan werken hebben lange levensduur als bijwerking van verbeterde gezondheid.”

Mensen zullen volgens de Brit in de verre toekomst overigens niet massaal duizend jaar oud worden. Wanneer ‘ouderdom genezen is’ zal de voornaamste doodsoorzaak uit ongelukken bestaan. Net als vroeger.

(nu.nl)

22-07-2011

Methaanscheet en de eind Trias massa-extinctie

Wetenschappers breken al decennialang het hoofd over de vraag waarom zo’n 200 miljoen jaar geleden bijna 80% van het leven uitstierf. En nu lijkt er eindelijk een doorbraak te zijn! Nederlanders stellen namelijk dat het vrijkomen van een enorme hoeveelheid methaan de hoofdoorzaak is…


Methaan brandt prima als het vrijkomt uit ijs van de zeebodem. Afbeelding: © USGS

Rond 201,4 miljoen jaar geleden was het een hel op aarde. De toenmalige dieren en planten worstelden om te overleven in een wereld die totaal anders was dan nu. Bijna 80% van het leven stierf uit tijdens deze eind Trias massa-extinctie. Hoe dit nu toch mogelijk was, is nog steeds vrij onbekend.

De Nederlander Micha Ruhl (Universiteit Utrecht) en collega’s hebben echter een mogelijke verklaring gevonden: zij wijten de uitsterving aan het massaal vrijkomen van methaan dat opgeslagen was in de zeebodems. Oftewel een ‘methaanscheet’. Het nieuws werd vandaag gepubliceerd in Science.

Daartoe onderzochten de wetenschappers een gebied in westelijk Oostenrijk, de zogenaamde Kuhjoch en Hochalplgraben ontsluitingen dichtbij Tirol. Net als op andere plaatsen ter wereld vonden ze hier aanwijzingen voor een verandering in de globale koolstofcyclus. Er bleek namelijk veel meer van het koolstofisotoop koolstof-12 (C-12) in organische moleculen te zitten ten opzichte van C-13 in vergelijking met de aardlagen erboven èn eronder. Die organische moleculen zijn afkomstig van het waslaagje van planten gevonden in de aardlagen. En laat nou die verandering in koolstof precies samenvallen met de eind Trias massa-extinctie.


Een beeld van een bestudeerde ontsluiting van eind Trias gesteente in Oostenrijk. Afbeelding: © Micha Ruhl

.De massa-uitsterving
In deze periode op aarde stierven bijvoorbeeld de conodonten (lancetvisachtigen) uit, maar ook de conulariden (volgens een deel van de wetenschap een soort neteldier). Andere groepen organismen overleefden de uitsterving wel, maar leden zware verliezen. Hoe kwam dat?

In het verleden dachten wetenschappers aan een inslag van een hemellichaam, massaal vulkanisme en zeespiegeldaling. Vooral grootschalig en langdurig vulkanisme in Noord- en Zuid-Amerika, Afrika en Europa door het opbreken van het supercontinent Pangea leek dè verklaring. Maar nu komt er een theorie bij…


Dit spore uit Oostenrijk komt voor rondom de uitsterving. Afbeelding: © Nina Bonis

Warm
“Het op grote schaal vrijkomen van methaan (CH4) leidde tot een sterke toename van koolstof in de atmosfeer, wat weer leidde tot sterke veranderingen in het klimaat, met een massa-extinctie mogelijk als gevolg”, vertelt hoofdonderzoeker Ruhl aan Kennislink.

Lawrence Tanner (Le Moyne College, VS), niet verbonden aan het onderzoek: “Dat de isotopenverandering – meer C-12 in dit geval – en de uitstervingen komen door het vrijkomen van methaan resulterend in een broeikaseffect is inderdaad nieuw.”

Een deel van het methaan werd omgezet naar een andere broeikasgas, namelijk CO2. Mogelijk steeg de koolstofdioxide-concentratie in de atmosfeer met een factor vier. Hierdoor werd het warmer op Aarde, niet in de laatste plaats ook door het methaan zelf dat een 20 tot 25 keer sterker broeikasgas is dan CO2.

Maar niet alleen een methaanscheet, ook grootschalig vulkanisme stoot netto veel CO2 uit en kan zo voor opwarming zorgen. Wat is nu de belangrijkste oorzaak? “De periode van massa-extinctie duurde relatief kort, maar zo’n twintig- tot veertigduizend jaar. Het vulkanisme duurde veel langer, zo’n 600.000 tot één miljoen jaar,” zegt Ruhl. Het methaan kwam vrij in slechts tien- tot twintigduizend jaar, wat veel meer overeenkomt met de duur van de massa-uitsterving. Bovendien brengt methaan relatief veel meer C-12 in de atmosfeer in vergelijking met CO2 van vulkanisme. Het lijkt er dus op dat methaan de belangrijkste oorzaak is voor de opwarming èn uitsterving.

Toch kan vulkanisme hierin wel geholpen hebben. “Tijdens het begin van het vulkanisme kwam er mogelijk net voldoende CO2 vrij om de aarde en ook de oceanen op te warmen, zodat methaan dat in de zeebodem opgeslagen zat, vrij kon komen. Methaan is een veel sterker broeikas gas dan CO2, dus toen er een beetje methaan vrijkwam versterkte dat de opwarming van de oceanen.”


Een voorbeeld van gestold lava gevormd rondom de uitsterving. Afbeelding: © Micha Ruhl

.Kritiek
Tanner is niet overtuigd van het hele verhaal, want de verandering in C-12 is veel groter in Oostenrijk dan in de oostelijke Verenigde Staten in het Newark-bekken. Bovendien vonden deze veranderingen in de VS en in Oostenrijk mogelijk niet tegelijkertijd plaats. “De waarheid is dat het Newark-bekken, omdat het niet-oceanische aardlagen van oorsprong zijn, niet met zekerheid gecorreleerd kunnen worden aan de oceanische aardlagen (zoals de Oostenrijkse aardlagen). Het zou ideaal zijn om nog zo’n grote verandering te zien (van koolstof) in aardlagen met een oceanische oorsprong. Dat zou aantonen dat dit geen strikt regionaal signaal is”, aldus Tanner.

Er is dus nog genoeg werk aan de winkel. Ook Ruhl wil meer weten: “We weten niet hoeveel warmer het werd. En we weten ook nog niet precies waarom diersoorten in de oceanen uitstierven. Daarnaast zullen we door meer inzicht beter kunnen begrijpen wat we in de toekomst mogelijk kunnen verwachten, als de mens nog veel langer door gaat met het verbranden van fossiele brandstoffen.”

Bron:
•Ruhl et al., ‘Atmospheric Carbon Injection Linked to End-Triassic Mass Extinction’, Science 333 (2011) 430-434.

(Kennislink)

25-07-2011

Fluctuaties in LHC: is het Higgs?
Geschreven door Caroline Hoek op 25 juli 2011 om 9:34 uur

Wetenschappers zijn in de deeltjesversneller op opvallende fluctuaties gestuit: mogelijk sporen van het beruchte Higgs-deeltje.

Wetenschappers merkten de fluctuaties op na een analyse van de onderzoeksgegevens. Deze gegevens zijn het resultaat van botsingen in de deeltjesversneller: protonen worden in de LHC met ongelofelijke snelheden tegen elkaar geworpen. En bij die botsingen zijn nu opvallende fluctuaties ontstaan.

Voorzichtig
Fluctuaties die mogelijk wijzen op de aanwezigheid van het deeltje. Hoewel wetenschappers enthousiast zijn, is voorzichtigheid geboden. Nog niet zolang geleden concludeerden onderzoekers ook al dat ze het deeltje op het spoor waren, maar dat bleek achteraf niet het geval te zijn. En ook nu kan een nadere analyse deze voorzichtige resultaten weer van tafel vegen.

Amerika
En toch zijn de fluctuaties het vermelden waard. Kort nadat de onderzoekers van de Large Hadron Collider hun ‘vondst’ aankondigden, kwam er namelijk ook een geluid uit Amerika zetten. Een deeltjesversneller daar heeft ook fluctuaties opgemerkt. Die fluctuaties deden zich voor in hetzelfde onderzochte domein als die van de Zwitsers. De Amerikaanse fluctuaties zijn wat zwakker, maar nu de Zwitsers ook iets hebben gezien, wordt het steeds overtuigender.

Massa
Het Higgs-deeltje (voluit: Higgs-boson of ook wel God-deeltje) is de ‘Heilige graal’ van de fysica. Volgens modellen geeft dit deeltje alle deeltjes massa. En hoewel het bestaan ervan in theorie al vele malen is aangetoond, hebben wetenschappers het in de praktijk nog nooit gezien. Deeltjesversnellers als de LHC zijn daarom druk op zoek naar dit deeltje waarmee veel puzzelstukjes op hun plaats moeten vallen.

Nader onderzoek moet uitwijzen of de fluctuaties overeind blijven. Maar zelfs als dat niet het geval is, is er goed nieuws. Onderzoekers moeten concluderen dat ze het deeltje steeds verder insluiten en dat het vroeg of laat – mits het bestaat – toch ergens op moet duiken. En dat moment komt steeds dichterbij.

(scientias.nl)

25-07-2011

Tijdreizen blijkt natuurkundig onmogelijk

Wetenschappers uit Hong Kong hebben met een natuurkundig experiment aangetoond dat tijdreizen onmogelijk is.


Foto: Thinkstock

Een foton, oftewel een enkel lichtdeeltje, kan niet sneller reizen dan de lichtsnelheid. Dat meldt hoofdonderzoeker Shengwang Du van de Universiteit van Hong Kong in het wetenschappelijk tijdschrift Physical Review Letters.

De uitkomsten van het onderzoek bewijzen volgens de wetenschappers dat de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein klopt en dat niets sneller kan reizen dan het licht. Tijdreizen is daardoor natuurkundig gezien onmogelijk.


Lichtsnelheid

De wetenschappers kwamen tot hun bevindingen door een enkele foton te produceren in het laboratorium en het voorste deel van de optische lichtgolf in kaart te brengen. Uit hun metingen blijkt dat dit deel van het licht in vacuüm nooit sneller kan reizen dan de lichtsnelheid.

Hieruit kan worden opgemaakt dat ook het het deeltje zelf zich niet sneller kan voortbewegen dan de lichtsnelheid.


Theorie

Tien jaar geleden ontstond de opvatting sommige deeltjes zich wel sneller dan het licht zouden kunnen verplaatsen. Wetenschappers namen toen voor het eerst superluminale - oftewel sneller dan de lichtsnelheid reizende - lichtgolven waar.

Deze deeltjes zouden door die snelheid in theorie door de tijd kunnen reizen. Later bleek het echter alleen om een visueel effect te gaan. De deeltjes reisden in werkelijkheid helemaal niet sneller dan het licht.


Snelheidslimiet

De nieuwe studie bewijst volgens Shengwang Du definitief dat reizen met een snelheid die groter is dan de lichtsnelheid onmogelijk is voor fotonen.

“Onze studie toont aan dat enkele fotonen zich ook aan de snelheidslimiet van het universum moeten houden”, verklaart de onderzoeker op Discovery News.

“Onze ontdekking bevestigt de speciale relativiteitstheorie van Einstein", aldus Du. "Hij claimde terecht dat de lichtsnelheid de belangrijkste verkeerswet is in het universum: oftewel niets kan sneller reizen dan het licht. Een lichteffect kan dus ook niet zichtbaar worden, voordat het wordt veroorzaakt.”

© NU.nl/Dennis Rijnvis

(nu.nl)

26-07-2011

Britse wetenschappers creëren 150 mensdieren

Britse wetenschappers hebben meer dan 150 embryo’s gecreëerd die uit zowel menselijk als dierlijk genetisch materiaal bestaan. Het doel van de genetische manipulatie is het ontwikkelen van nieuwe medicijnen.



Dat meldt de Britse krant the Daily Mail.

Het nieuws is bekendgemaakt nadat een comité van Britse wetenschappers in een rapport waarschuwde voor een 'Planet of the Apes'-scenario. Dit verwijst naar een science fictie-film waarin de wereld is bewoond door apen die zijn veranderd in dieren met een mensachtige intelligentie en spraakvermogen.

Donoren
Na een parlementair debat over de praktijken, zijn de onderzoeksgegevens naar buiten gebracht. Volgens de auteurs van het waarschuwingsrapport hoeven we ons geen zorgen te maken om half menselijke/half dierlijke embryo’s, omdat deze volgens de wet vernietigd moeten worden binnen veertien dagen.

Zij stellen slechts dat strengere regels moeten worden opgesteld voor handelingen zoals het implanteren van menselijke cellen in de hersenen van dieren. Autoriteiten overwegen menselijke donoren tegen betaling genen ter beschikking te laten stellen voor de onderzoeken.

Ziekten
Een wetsartikel dat is ingevoerd in 2008 staat wetenschappers toe te experimenteren met het mixen van menselijke en dierlijke genen. Zo kunnen wetenschappers een dierlijk ei bevruchten met een menselijke spermacel, menselijke kerncellen implanteren in dierlijke lichaamscellen en menselijke cellen mixen met dierlijke embryo’s.

Volgens de wetenschappers kunnen embryonale stamcellen op deze manier gebruikt worden om ziekten te behandelen zoals parkinson en diabetes.

Zes dagen
In drie toonaangevende Britse universiteiten wordt onderzoek gedaan naar genetische manipulaties van dierlijke embryo's met menselijke cellen, te weten Kings University, de universiteit van Newcastle en de universiteit van Warwick.

Eerder zei professor John Burn van de universiteit van Newcastle tegen de Britse nieuwszender BBC 'Het onderzoek wordt verricht in laboratoria en we zouden de embryo’s nooit in menselijke baarmoeders implanteren. We willen uiteindelijk de embryo’s zes dagen in leven kunnen houden, zodat we cellen kunnen verwijderen en gebruiken voor het genezen van ziekten.'

Kritiek
Op dit moment zijn de onderzoeken met menselijke en dierlijke genen gestaakt, omdat er niet voldoende budget is.

Volgens Britse wetenschapper professor Robin Lovell-Badge zijn de nieuwe onderzoeksmethoden iets om trots op te zijn, zolang ze voldoende gecontroleerd worden.

De praktijken wekken veel kritiek op. Voormalig parlementariër en lid van de Liberale Partij David Alton wil dat de experimenten verboden worden. 'Ethisch gezien is dit niet te rechtvaardigen. Er is ook geen enkel bewijs dat hier een ziekte mee behandeld kan worden. Het brengt ons land alleen maar in diskrediet,' aldus de katholieke politicus.

(Elsevier)

quote:

Bouwstenen van DNA gevonden in meteorieten

8 augustus 2011, http://www.allesoversterrenkunde.nl

Amerikaanse astrobiologen hebben belangrijke bouwstenen van DNA aangetroffen in meteorieten - stenen die afkomstig zijn uit de ruimte. De wetenschappers, onder andere van het Carnegie Institution of Washington en van NASA's Goddard Space Flight Center, publiceren hun bevindingen vandaag in Proceedings of the National Academy of Sciences .

Eerder zijn al organische verbindingen (koolwaterstoffen) en zelfs aminozuren aangetroffen in meteorieten. Ook wordt al tientallen jaren onderzoek gedaan aan nucleobasen in meteorieten - belangrijke bouwstenen van DNA (de vier belangrijkste nucleobasen in het DNA van aardse organismen zijn cytosine, guanine, adenine en thymine). Het was tot nu toe echter niet mogelijk om onomstotelijk vast te stellen dat die daadwerkelijk een buitenaardse oorsprong hadden; het zou ook om aardse verontreinigingen kunnen gaan.

Een team onder leiding van scheikundige Jim Cleaves is daar met behulp van nieuwe analysetechnieken nu echter wél in geslaagd. Bij twaalf verschillende koolstofhoudende meteorieten, waarvan er negen afkomstig zijn van Antarctica, kon worden vastgesteld dat ze nucleobasen bevatten die niet afkomstig zijn uit de omgeving waarin de ruimtestenen werden gevonden. Zo bleek de concentratie van de moleculen in de meteoriet enorm veel hoger te zijn dan in het ijs waarin de ruimtesteen was gevonden. In drie gevallen bleek het zelfs te gaan om bepaalde nucleobase-analogs (purinen) die op aarde relatief zeldzaam zijn.

De ontdekking ondersteunt het vermoeden dat de bouwstenen van het leven op aarde afkomstig zijn uit de kosmos, en dat de allereerste fasen van de 'biogenese' - het ontstaan van leven - in de interstellaire ruimte heeft plaatsgevonden. Dat zou betekenen dat de kans groot is dat ook elders in het heelal leven voorkomt.

11-08-2011

Verstoppertje spelen in de tijd

De meeste onzichtbaarheidsmantels zijn bedoeld om voorwerpen te verbergen. Maar Amerikaanse onderzoekers hebben er één gemaakt waarmee je gebeurtenissen aan het oog kunt onttrekken. Is de ultieme bankoverval nu te plegen?


De onzichtbaarheidsmantel van Harry Potter blijft voorlopig fantasie, maar wetenschappers zijn inmiddels in staat kleine objecten onzichtbaar te maken, hoewel alleen voor enkele golflengtes van het licht. Afbeelding: © Harry Potter Wiki

Wat een timing. Net nu de laatste film van de Harry Potterserie in de bioscoop draait, komen wetenschappers met een nieuw soort onzichtbaarheidsmantel op de proppen.

Sinds een aantal jaar proberen wetenschappers – naar het voorbeeld van Harry Potter – om voorwerpen onzichtbaar te maken. Niet dat ze in de weer zijn met oude, magische kleden die je over je heen werpt om aan iemands oog te ontsnappen. Als wetenschappers praten over een onzichtbaarheidsmantel gaat het om speciale materialen, zogenaamde metamaterialen, waarmee je de richting van licht kunt manipuleren.

De truc daarbij is om lichtgolven om een voorwerp heen te buigen, zodat het voorwerp zelf niet te zien is. Inmiddels hebben wetenschappers op deze manier al voorwerpen – hoewel zeer kleine – laten verdwijnen met bepaalde golflengtes licht. Een nieuwe generatie mantels is nu in aankomst. Maar het doel hiervan is om in plaats van voorwerpen, gebeurtenissen te laten verdwijnen.

Gat in het licht
Ook bij het verbergen van een gebeurtenis draait alles om manipulatie van lichtgolven. Eerder dit jaar beschreven de natuurkundigen Martin McCall en Paul Kinsler van Imperial College in het tijdschrift Journal of Optics hoe je dat moet aanpakken. Het idee is dat je een bundel licht in tweeën splitst. De kortere golflengtes van het licht, zoals de kleur blauw, versnel je, en de langere golflengtes van het licht, zoals de kleur rood, vertraag je. Zo ontstaat een ‘gat’ in het licht. Volgens McCall en Kinsler kun je in dit gat een gebeurtenis verbergen: de ene helft van het licht arriveert namelijk vóórdat hier iets gebeurt, de andere helft erna. Breng je de twee delen van het licht vervolgens weer bij elkaar, dan is wat er in het gat gebeurde voor niemand te zien. Je kunt tenslotte alleen iets waarnemen als licht hiervan afketst en in je oog terecht komt.

Splitsende lichtbundels?
Het splitsen van licht is goed te begrijpen door de lichtdeeltjes van een bundel licht (fotonen) voor te stellen als achter elkaar rijdende auto’s (zie onder). Als het achterste deel van de rij auto’s een beetje afremt en de voorste auto’s iets versnellen, ontstaat een gat. Dat gat kan net groot genoeg zijn voor iemand (in dit geval een kip) om over te steken. Het gat verdwijnt weer als het achterste verkeer versnelt en weer aansluit. Voor een automobilist die verder naar achteren (links buiten het plaatje) rijdt, is er geen gat. Naar zijn idee is de kip nooit overgestoken, want er is geen bewijs van dat dit is gebeurd.


Afbeelding: © Paul Kinsler, Imperial College London

Het werkt (maar kort)
Nu hebben onderzoekers van Cornell University (VS), onder leiding van Moti Fridman, voor het eerst zo’n timecloak – zoals men een onzichtbaarheidsmantel voor gebeurtenissen noemt – gebouwd. Ze hopen hierover te publiceren in het tijdschrift Nature, maar de voorpublicatie staat al op ArXiv.org. Het team van Fridman heeft een opstelling gemaakt die doet wat McCall en Kinsler voorstelden.


De opstelling van Fridman en collega’s van College University. Kleuren als blauw en paars worden versneld door de lens, rood en geel vertraagd. Een tweede lens brengt de kleuren weer bijeen. De groene bol stelt de verborgen gebeurtenis voor. Let op de assen: de verticale as stelt de tijd voor. Afbeelding: © Moti Fridman et al.

Het licht komt in pulsen uit een laser. Een speciale ‘tijdlens’ splitst een inkomende lichtbundel in twee delen door bepaalde golflengtes te versnellen en andere te vertragen. Bij deze lens is de brekingsindex afhankelijk van de tijd (bij een gewone lens is de brekingsindex afhankelijk van de plaats waar het licht de lens binnenkomt). Een tweede tijdlens doet precies het omgekeerde en brengt de lichtbundel weer bij elkaar. In het midden bevindt zich het ‘gat in de tijd’, waarin je een gebeurtenis kunt verstoppen.

Het team heeft bewezen dat de mantel werkt. Een gebeurtenis – in dit geval interferentie van het licht met een andere lichtbundel – was onzichtbaar toen de mantel ‘aan’ stond, en zichtbaar als de mantel ‘uit’ stond. Minpunt is wel dat deze gebeurtenis slechts 110 nanoseconden verborgen kon blijven. Dat is zo kort, dat we dat met onze eigen ogen zelfs al niet kunnen zien. In dit geval merk je dus niet eens dat er iets is verstopt. Volgens Fridman is een langere tijdsduur in theorie haalbaar, maar langer dan 1,25 microseconde is met deze opstelling onmogelijk, denkt hij. Dit vanwege beperkingen in de gebruikte apparatuur.


Het beroven van kluizen met behulp van een timecloak behoort nog niet tot de mogelijkheden. Afbeelding: © Flickr / damiandude

Andere beperkingen
Desalniettemin is FOM-onderzoeker Femius Koenderink enthousiast over het experiment. “Ik heb het artikel met interesse gelezen”, laat hij weten. “Het is zonder twijfel een uitstekend en origineel experiment.” Hij ziet echter, naast de werking voor korte tijdsduren, ook andere beperkingen.

“De gebeurtenis is alleen onzichtbaar voor één bepaalde kleur”, zegt hij. “Zou je bij een andere kleur kijken, dan zie je de gebeurtenis wel. Dat geldt overigens ook voor de al bestaande onzichtbaarheidsmantels, waarbij voorwerpen alleen voor bepaalde golflengtes onzichtbaar zijn. In sommige toepassingen hoeft dit echter geen bezwaar te zijn, zoals in nauwbandige telecommunicatie.”

Fridman heeft ongetwijfeld een leuk stuk speelgoed in handen, maar de vraag is of het echt toepassingen oplevert. De ideale bankoverval – door met een timecloak het leeghalen van de kluis te verbergen – is in ieder geval niet aan de orde. Harry Potter heeft voorlopig nog altijd de beste onzichtbaarheidsmantel in handen.

Bron:
•M. Fridman e.a., Demonstration of temporal cloaking, arxiv.org/abs/1107.2062 (opgestuurd naar Nature)

(Kennislink)

12-08-2011

Technologisch hoogstandje moet pleisters vervangen

Wetenschappers hebben een pleister ontwikkeld die het onderscheid tussen elektronica en biologie doet vervagen. Verwacht wordt dat het niet alleen een revolutionaire stap is binnen de medische wereld, maar dat het ook gevolgen krijgt voor de manier waarop we gamen, informatie verzamelen en zelfs spioneren.


De EES lijkt op een tijdelijke tatoeage

Dat meldt het Amerikaanse wetenschappelijke vakblad Science.

De micro-elektronica is ontwikkeld door een internationaal team afkomstig uit de Verenigde Staten, China, en Singapore en heeft de naam 'EES' (epidermal electronic system) gekregen.

Betrouwbaar
Volgens de wetenschappers zal hiermee niet alleen de traditionele pleister vervangen worden. Ook de 'ouderwetse' elektrodes gaan plaats maken voor dit medische wondermiddel. Nu moeten patiënten nog aan grote machines vastliggen met allerlei kabels, draden en sensoren. De pleister kan, zonder dat de patiënt het merkt, de hartslag, de hersenen, spierweefselactiviteit en temperatuur opmeten.

De pleister is dunner dan de diameter van een hoofdhaar en zit vol met elektronische sensoren. Het wordt op ongeveer dezelfde manier bevestigd als een tijdelijke 'tatoeage' bij kinderen, waardoor het een onderdeel van de huid lijkt te worden.

De wetenschappers verwachten dan ook dat de meetresultaten betrouwbaarder worden dan in het verleden omdat de patiënt zich meer op zijn of haar gemak voelt.

Stemtechnologie
De pleister kan ook op de keel worden aangebracht waar het de activiteit van de stembanden kan meten. Deze toepassing is te gebruiken voor mensen die keelproblemen hebben maar ook binnen andere sectoren. Videospelletjes die reageren op stemcommando's antwoorden op de elektronische pleister met een nauwkeurigheid van 90 procent.

Dit wordt mogelijk gemaakt door een zeer kleine antenne. Ook radio's en computers zouden hierdoor op de pleister aangesloten kunnen worden. Volgens de wetenschappers is het niet ondenkbaar dat in de toekomst de iPad aan de huid kan worden vastgemaakt.

Door Tjeerd Ritmeester

(Elsevier)

14-08-2011

Kruising tussen beeldscherm en papier

Deze zomer won een Taiwanees instituut een belangrijke onderzoeksprijs voor een nieuw type display: flexibel, herschrijfbaar, met helder beeld en amper stroomverbruik. Dit zou je echt elektronisch papier kunnen noemen.

Het maken van een flexibel display – alsof je je computermonitor oprolt – wordt ook wel de ‘heilige graal’ van het beeldschermonderzoek genoemd. Aan de ene kant omdat die techniek veel praktische toepassingen kent, bijvoorbeeld als krant die gedurende de dag ververst (zie het filmpje hieronder) of behang dat je per dag kunt aanpassen.


Maar wat misschien nog belangrijker is: als het scherm oprolbaar is, kun je het ook ‘aan de rol’ produceren. Nu komen beeldschermen stuk voor stuk langs op de lopende band, wat veel tijd, materiaal en ruimte kost. Daar kun je flink op besparen wanneer schermen als een grote rol verwerkt worden.

Onderzoekers van het Industrial Technology Research Institute (ITRI) in Taiwan ontwikkelden een apparaat dat aardig in de buurt komt. Ze wonnen er deze zomer een R&D 100 Award mee, een belangrijke prijs in de onderzoekswereld. Het ‘papier’ is in feite een variant op de bekende platte televisieschermen. Door net iets andere componenten te gebruiken, konden ze het scherm met plastic maken in plaats van glas. En dat maakt het geheel flexibel. Hier zie je een reportage over hun ‘i2R e-paper’.

LCD, maar dan anders
De meeste platte televisie- en computerschermen die je nu ziet, zijn LCDs, Liquid Crystal Displays. Het e-paper van ITRI is ook een LCD, alleen dan met ander type kristallen. Het scherm bevat chirale moleculen. Dat zijn moleculen die je niet kunt spiegelen: als je zo’n molecuul op zijn eigen spiegelbeeld legt, dan past het niet (zoals met je rechter- en linkerhand).

Wenteltrap van kristallen
Een LCD bestaat uit twee glasplaatjes met daarop polarisatiefilters, die alleen licht doorlaten dat in een bepaalde richting ‘golft’. Tussen de glasplaatjes zit een laag met vloeibare kristallen (liquid crystals). Deze moleculen hebben een langwerpige vorm en door ribbels in de glasplaatjes wijzen ze in verschillende richtingen: de onderste kristallen staan in een hoek van 90° ten opzichte van de bovenste, als een soort wenteltrap. Hierdoor zal het licht dat door de bovenste polarisatiefilter komt ook 90° graden draaien, waardoor het de tweede filter kan passeren.


Afbeelding: © Mingxia Gu

Als er spanning op de LCD wordt gezet, dan ‘ontdraaien’ de kristallen. Het licht draait dan ook niet meer en komt hierdoor niet door de onderste filter. Door het scherm op te delen in kleine vakjes (pixels) en de spanning op bepaalde plekken aan of uit te zetten, kun je op deze manier bepalen waar er wel en niet licht te zien is. Zo maak je een beeld op het scherm.


In een LCD rangschikken dit type kristallen zich in nette lagen, in tegenstelling tot ‘gewone’ vloeibare kristallen. Het zijn net torentjes, waarbij de moleculen op één laag allemaal dezelfde kant op wijzen, maar de wijsrichting steeds iets verschilt van de laag erboven. Na een aantal lagen is de wijsrichting helemaal rond geweest, die afstand heet de ‘pitch’.


Chirale moleculen rangschikken zich in lagen, waarbij ze telkens (met z’n allen) een net iets andere kant op wijzen. Als de kristallen weer precies zo staan als in het begin, is één ‘pitch’ afgelegd. Afbeelding: © Shopsowitz et al., 2010

.Aan en uit
Het aan- en uitzetten van pixels werkt bij een chiraal LCD (ChLCD) anders dan bij een normaal LCD. De kristallen vormen nu een ‘planar texture’ of een ‘focal conic texture’. In het eerste geval staan de torentjes naast elkaar met de as loodrecht op de glasplaat. Als ze in deze stand staan, zal inkomend licht grotendeels teruggekaatst worden, doordat de wet van Bragg optreedt. Voor licht met een golflengte gelijk aan de pitch is de reflectie maximaal. De planar texture is de ‘aan’-stand van de LCD: pixels met kristallen in deze formatie geven licht.


In de linker pixel staan de kristallen in planar texture: inkomend licht wordt grotendeels weerkaatst en de pixel staat dus aan. De rechter pixel geeft geen licht, doordat de kristallen in focal conic texture staan. Afbeelding: © Mingxia Gu

.De kristallen ordenen zich in de focal conic texture als er spanning op het materiaal wordt gezet. Elk torentje met moleculen staat dan in z’n geheel schuin, alsof de kristallen zijn omgevallen. In deze stand weerkaatst inkomend licht elke kant op en slechts een deel gaat terug door de bovenste glasplaat. Het meeste licht ‘verdwijnt’ naar achteren en dit is dan ook de ‘uit’-stand (de pixel blijft zwart).

Om de kristallen te laten terugkeren naar de planar texture, wordt het elektrische veld versterkt. Op een bepaald moment rangschikken de kristallen zich dan niet meer per laag in een andere richting, maar gaan ze allemaal loodrecht op de glasplaat staan. Dit heet de homeotropic texture, een soort tussenfase. Wanneer het elektrisch veld vervolgens weer sterk afzwakt, schieten de kristallen terug in de planar texture.

Backlight
Vloeibare kristallen geven zelf geen licht, dus er is altijd licht van achter naar voren nodig om beeld op het scherm te tonen. Daarvoor kun je in principe een spiegel gebruiken die het inkomend licht naar voren reflecteert, maar polarisatiefilters absorberen zoveel licht dat er te weinig overblijft voor een helder beeld. Daarom wordt er een lamp gebruikt in plaats van een spiegel: de zogenaamde backlight.

Lekker zuinig
Hoewel een ChLCD misschien erg lijkt op een gewoon LCD, zijn er een paar cruciale verschillen. Allereerst gaat het niet meer om het al dan niet doorlaten, maar om het al dan niet terugkaatsten van licht. Dat betekent dat er geen backlight nodig is en dat bespaart een hoop energie.

Ook zijn polarisatiefilters overbodig: de kristallen hoeven alleen maar in de juiste formatie gezet te worden om te wisselen tussen ‘aan’ en ‘uit’. Dat scheelt aanzienlijk in de lichtopbrengst, waardoor het beeld van een ChLCD heel helder is, ook al is er geen backlight.

Een ChLCD is nog eens extra zuinig omdat chirale kristallen twee stabiele standen hebben. Hierdoor kunnen ze zonder spanning op het scherm te hoeven zetten, zowel in de planar texture als in de focal conic texture blijven staan. Er is alleen maar spanning nodig om van de ene naar de andere stand te schakelen.

Dit is niet het geval bij een normaal LCD. Gewone vloeibare kristallen blijven niet in de ‘ontdraaide’ stand staan wanneer de spanning eraf gaat. Om beeld te tonen is bij een ‘gewone’ LCD dus wèl voortdurend stroom nodig.


Het backlight bevat tegenwoordig vaak led-verlichting, waardoor het scherm nog platter kan. Dat zie je hier: links staat een gewone LCD en rechts een LED-tv (wat dus nog steeds een LCD is). Afbeelding: © Flick: ikelee/yum9me

.De Taiwanese onderzoekers hebben het schakelen in hun e-paper echter nóg zuiniger weten te maken. Het scherm wordt weliswaar elektrisch gewist, maar beschreven door middel van warmte. Dat wil zeggen dat er geen elektrisch veld nodig is om pixels aan te zetten. In plaats daarvan worden de kristallen tijdelijk verwarmd tot een bepaalde temperatuur en hierdoor schieten ze van de focal conic texture terug in de planar texture. De kristallen reflecteren weer licht en de pixel staat aan. Het scherm is dus ‘beschreven’ door het te verwarmen.

Flexibel scherm in de winkel
De helderheid en energiezuinigheid zijn natuurlijk prettig, maar voor onderzoekers is het belangrijkste voordeel van ChLCDs dat de constructie – zonder backlight en polarisatiefilters – veel eenvoudiger is. Dat maakt ze namelijk geschikt om flexibel uit te voeren. De vloeibare kristallen komen dan tussen lagen van plastic in plaats van glas. Daarvoor worden de kristallen wel eerst omgevormd tot ‘druppeltjes’, omdat ze anders wegstromen tijdens het buigen.


Een flexibel ChLCD van Kent Displays. Door de kristallen te omhullen en er druppeltjes van te maken, kan het geen kwaad als het scherm buigt. Afbeelding: © Khan et al., 2007

.Verschillende bedrijven hebben al werkende prototypes van het systeem, waaronder dus het ITRI. De schermen rollen echter alleen op kleine schaal van de lopende band. Dat komt doordat het aansturen van de kristallen in de praktijk niet eenvoudig is. De hoeveelheid spanning en/of warmte luistert heel nauw en onderzoekers moeten dit eerst goed onder de knie krijgen voordat de ChLCDs in het groot uitgevoerd kunnen worden.

Daarnaast is een wetenschappelijk prototype iets heel anders dan een product voor de consumentenmarkt. ChLCDs voor thuis en onderweg moeten bijvoorbeeld tegen veel meer bestand zijn (vette vingers, regendruppels, hoge of juist lage temperaturen, etc.) en er moet een fabriek zijn die ze in grote hoeveelheden kan produceren. Het ITRI gaat daar nu aan werken en de onderzoekers verwachten het e-paper over ongeveer twee jaar in de winkel te hebben.

Bronnen
•Crawford, ‘Flexible Flat Panel Displays’, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, UK, 2005
•Yang et al., ‘Bistable Cholesteric Reflective Displays: Material and Drive Schemes’, Ann. Rev. Mat. Sci., 27, 117-222, 1996. doi:10.1146/annurev.matsci.27.1.117
•Khan et al., ‘Recent progress in flexible color reflective cholesteric displays’, Soc. Inf. Display 16, 245, 2008. doi:10.1889/1.2841857

(Kennislink)

23-08-2011

Belg laat kogelvrije huid inplanten

Geert Verbeke uit België wil als eerste mens ter wereld een stukje kogelvrije huid laten implanteren. Het gaat om een project van de Nederlandse onderzoekster en kunstenares Jalila Essaïdi.


Foto: Thinkstock Essaïdi exposeert al jaren bij Verbeke (57), die galeriehouder is.

''Ik doe het voor de kunst'', zegt hij dinsdag in de krant De Standaard. Hij moet nu op zoek naar een chirurg voor de implantatie in zijn arm. Tot nu toe weigerden Nederlandse en Belgische specialisten.


Het is de bedoeling dat huidcellen van Verbeke worden versterkt met spinnenzijde, dat als vijf keer sterker geldt dan staal en de kunststof kevlar. Daarna wordt het weefsel geïmplanteerd.

Essaïdi won in Nederland een prijs van 25.000 euro voor haar project. Zij werkte samen met het Universitair Medisch Centrum van Leiden.

© ANP

(nu.nl)

26-08-2011

Drummen met papieren blokjes Het virtuele tastbaar maken

Zin om eens wat anders dan een muis te gebruiken achter de computer? Download dan het ‘Audio d-touch’-systeem. Knutsel een stel papieren blokjes in elkaar, zet ze op een A4-tje voor een webcam en zie daar je elektronische drumstel.


Audio d-touch. Afbeelding: © d-touch

We leven tegenwoordig in twee werelden: de echte en cyberspace. Onderzoekers van de University of Southampton (en met hen nog vele anderen) streven ernaar de grens tussen die werelden te vervagen.

Nu moeten we speciale technieken aanleren om op de computer iets uit te voeren. Zonde, vinden de onderzoekers. Ze wijzen er bijvoorbeeld op dat mensen van nature goed zijn in het vastpakken en hanteren van objecten. Als je zorgt dat je die vaardigheid ook kunt benutten in cyberspace, wordt het leven daar een stuk gemakkelijker.

Zo ontstond het idee voor Audio d-touch, een computersysteem om muziek mee te maken; alleen dan zonder muis, toetsenbord of monitor. Onder het toeziend oog van een webcam produceer je geluid door blokjes met symbolen op een vlak te verplaatsen. Dr. Enrico Costanza van de University of Southampton bedacht het systeem, en deze week presenteerde zijn onderzoeksteam de nieuwste versie.


Tastbare digitale informatie
Audio d-touch is een zogenaamde tangible user interface (TUI). Een user interface (UI) is de link tussen een systeem en de gebruiker. Bij een computerprogramma is dat bijvoorbeeld het venster met de informatie en de knoppen. Aangezien dat grafische elementen zijn (de knoppen zijn getekend), heet zo’n interface ook wel graphical user interface (GUI). Audio d-touch daarentegen is niet getekend, maar bestaat uit tastbare objecten. Vandaar de aanduiding tangible, wat ‘tastbaar’ betekent.

Een typisch voorbeeld van een TUI is een ouderwets telraam, waarbij je kralen heen en weer schuift om een som uit te rekenen. De kralen en het schuiven zijn tastbare representaties van iets virtueels (de getallen en de rekensom). Er is hierdoor geen onderscheid tussen invoer en uitvoer, zoals je dat wel hebt bij een muis en een computer.


Links het principe van een GUI: de digitale informatie (het model) kun je via een muis besturen (controle) en bekijken via de monitor (weergave). Er is een strikte scheiding tussen in- en uitvoer. Rechts het principe van een TUI: de digitale informatie (het model) wordt gerepresenteerd door tastbare en niet-tastbare objecten die je direct kunt manipuleren. Er is geen onderscheid tussen in- en uitvoer. Afbeelding: © Ulmer en Ishii, 2000

Bij het telraam werk je direct met het daadwerkelijke systeem en heb je geen ‘tussenstation’ met daarbij een eventuele ‘vertaling’ nodig. Dat maakt een TUI bijzonder. Natuurlijk zijn een muis en een keyboard ook tastbare objecten, maar ze maken geen deel uit van de user interface. Het zijn middelen om de interface mee te bedienen.

Aan de slag
Om geluid te produceren met Audio d-touch, heb je een paar dingen nodig. Een computer (met daarop het drumstelprogramma), speakers, een webcam, een speelbord en blokjes met symbolen. Die laatste twee items hoef je niet speciaal te kopen: de onderzoekers hebben het allemaal zo gemaakt dat je er met een beetje doe-het-zelven wel uitkomt. Op hun site vind je pdf-bestanden die je gratis kunt downloaden. Dat zijn in feite bouwtekeningen. Je print ze uit en knutselt vervolgens zelf de blokjes in elkaar. Het speelbord – wat officieel ‘het interactieve vlak’ heet – is niets anders dan een A4-tje met een patroon erop.


Componeren doe je op het speelveld. Als je bijvoorbeeld wilt beginnen en eindigen met een slag op de snare drum, zet je in rij twee een blokje in de eerste en laatste kolom. Afbeelding: © d-touch

.Nu kun je gaan componeren door blokjes op het speelbord te plaatsen. De locatie bepaalt de muziek: de rij correspondeert met een bepaald druminstrument en de kolom geeft aan wanneer je dat instrument hoort. Het programma speelt voortdurend van links naar rechts af wat jij op het speelbord hebt neergezet.

Informatieve symbolen
De kern van het drumsysteem is het herkennen van wat er op het speelbord staat. Dat doet het programma (het d-touch-gedeelte) aan de hand van de symbolen op de blokjes, en de positie van de blokjes op het speelbord. Die symbolen staan vast, want je print ze zo uit, maar oorspronkelijk werd d-touch ontwikkeld om gebruikers zélf herkenningssymbolen te laten ontwerpen.


Ook leuk voor ons
Herkenningstekens, zoals streepjescodes of QR-codes, bevatten alleen informatie voor het apparaat dat ze scant; het teken zegt ons niets. De QR-code hiernaast zou net zo goed naar een bloemenwinkel kunnen verwijzen als naar een dierentuin. Een herkenbaar symbool zou echter direct informatief zijn en meer aanspreken. Verschillende tekens zijn dan ook beter te onderscheiden.

Zelf ontwerpen heeft z’n voordelen, maar het symbool moet wel herkenbaar zijn voor een computer. Om dat voor elkaar te krijgen, gebruikt d-touch herkenning op basis van topologie, in plaats van geometrie. Oftewel, het is niet van belang hoe het teken eruit ziet (geometrie), maar wel hoe het symbool is opgebouwd. De illustratie hieronder legt het uit:


Het symbool is met oranje omlijnd. Het is opgebouwd uit een wit vlak (a) met daarop een aantal zwarte vlakken (b, e en f), waarvan er eentje (b) weer twee witte vlakken bevat (c en d). Ernaast zie je deze opbouw weergegeven in een boomstructuur. Afbeelding: © Constanza en Huang, 2009

Elk symbool kun je vertalen naar een ‘opbouwboom’ (region adjecency tree) en die boom gebruikt het systeem om een teken terug te vinden in een database.


De onderzoekers vroegen mensen ook foto’s op te sturen om te laten zien hoe ze Audio d-touch thuis gebruiken. Op deze foto zie je dat het ook werkt met platte vlakjes. Afbeelding: © Constanza et al., 2010

Werkt ook thuis
De makers van Audio d-touch hebben de tekens voor het drumsysteem vooraf bedacht, zodat je er direct mee aan de slag kunt. En dat is tevens het hoofddoel van het onderzoek: er bestaan weliswaar betere en uitgebreidere systemen, maar Audio d-touch is goedkoop en gemakkelijk zelf te maken. Hierdoor kunnen de onderzoekers ook goed nagaan wat echte gebruikers ervan vinden.

Tijdens het spelen verstuurt het systeem informatie over het gebruik naar de onderzoekers. Die kunnen daarmee analyseren wat er wel en niet goed gaat. Sinds de lancering in 2009 is Audio d-touch door meer dan vierhonderd mensen gebruikt en dat heeft waardevolle informatie opgeleverd.

Zo blijkt dat mensen het systeem snel begrijpen en ermee kunnen werken, maar dat het herkennen soms niet goed gaat door slechte belichting. In de nieuwe versie is hier speciaal op gelet. Ook bleek dat gebruikers meestal maar kort met het programma speelden, omdat het drumstel te weinig mogelijkheden bood. Maar het feit dat mensen daarover klagen en niet over de besturing, geeft aan dat de TUI zijn werk in feite goed doet.

Bronnen
•Costanza et al., ‘Ubicomp to the Masses: A Large-scale Study of Two Tangible Interfaces for Download’, 2010 ACM Conference on Ubiquitous Computing.
•Costanza and Huang, ‘Designable visual markers’, CHI ’09: Proceedings of the 27th international conference on Human factors in computing systems, pp. 1879-1888
•Ullmer et al., ‘Emerging frameworks for tangible user interfaces’, IBM Syst. J. 39, 3-4, 915-931, juli 2000. doi:=10.1147/sj.393.0915

(Kennislink)

09-09-2011

Opgesloten wetenschapper rekent op zuurstof van planten


© afp

Een Britse geoloog gaat zich vrijwillig 48 uur laten opsluiten in een luchtdichte kamer. Om te ademen rekent hij op de zuurstof die tientallen planten in de kamer van 12 vierkante meter zullen produceren. Iain Stewart, professor aan de universiteit van Plymouth, begint op 16 september aan zijn experiment met een laptop, een hangmat en een hometrainer.

Zowel binnen als buiten de kamer zal speciale verlichting opgesteld worden die de nodige energie moet leveren aan de planten voor fotosynthese. De hoeveelheid zuurstof en koolstofdioxide die geproduceerd wordt, zal minitieus opgevolgd worden en Stewart zelf zal met sensoren uitgerust worden om de toestand van zijn vitale organen in het oog te houden.

Het is de eerste keer dat dit experiment op een mens wordt uitgetest. Omstreeks 1770 toonde wetenschapper Joseph Priestly al wel eens aan dat een muis kon overleven in een luchtdichte kamer die is volgestouwd met planten, maar niet in een kamer zonder planten.

Het experiment zal gefilmd worden voor een BBC-documentaire. "We gaan vaak voorbij aan het feit dat planten erg belangrijk zijn voor het in stand houden van leven op aarde", zegt producer Andrew Thompson. "Met deze documentaire hopen we de kijkers aan te tonen hoe cruciaal planten eigenlijk wel zijn." (hlnsydney/sps)

(HLN)