Когда исследователи проанализировали данные, собранные о характерной – вразвалочку – походке пингвинов, они пришли к выводу, что эти комичные на наш взгляд раскачивания в действительности помогают птицам поддерживать равновесие. Похоже, ученым удалось нащупать механизм, обеспечивающий стабильность прямохождения пингвинов. На его основе сейчас разрабатывается терапевтическая методика для обучения людей, испытывающих трудности с равновесием при ходьбе. Правда, о скором внедрении новой методики в лечебных учреждениях пока речи не идет, однако вовсю ведутся эксперименты со студентами колледжа, осваивающими пингвинью поступь и добивающимися того, чтобы она одновременно была естественной и более устойчивой. Не исключено, что «новый» тип прямохождения окажется полезным и для роботехников. Кроме того, техасские ученые планируют провести по уже отработанной методике изучение движений пингвинов генту (умеющих довольно шустро бегать), а также страусов. – Б.К.
Дельфины относятся к животным, способным к эхолокации. При таком способе ориентации используются отражения от окружающих объектов специальных лоцирующих звуков – обычно это резкие сигналы на длине волны, которая хорошо распространяется в среде и отражается препятствиями. По-видимому, в психике использующих эхолокацию животных (кроме дельфинов – это пещерные стрижи-саланганы, некоторые тюлени и, конечно, летучие мыши) формируется акустически-объемная картина мира. Любопытно, что предметы в ней могут быть полупрозрачными: вероятнее всего, доброжелательное отношение дельфинов к человеку связано с тем, что внутри нашего тела «слышатся» легкие, характерная особенность самих дельфинов – морских млекопитающих. Существа с легкими могут утонуть; если они совершают резкие движения у поверхности воды, их надо поддерживать…
Расстояние до объекта определяется по времени, прошедшему от момента индуцирования сигнала до возврата эха. Понятно, что лучше всего ориентироваться этим способом в одиночку. Издавая звук, животное снижает чувствительность своего слухового рецептора, а потом прислушивается к тихим отзвукам. Хуже, когда рядом работает несколько локаторов. Чужие лоцирующие звуки заглушают эхо от собственного крика, свои и чужие отражения перепутываются друг с другом. Летучие мыши в колониях решают непростую задачу, вылавливая из общего гама отражения своего голоса.
Дельфины используют еще более сложное, но и более красивое решение. Немецкий биолог Томас Гетц (Thomas Gotz) из университета Тюбингена установил, что дельфины ориентируются по эху как своего, так и чужого голоса. Доказать это нетрудно: если дельфины плывут в группе, активно эхолоцирует лишь один. Другим приходится решать усложненную задачу: высчитывать расстояние не только до препятствия, но и от источника звука. Для облегчения этой задачи дельфины передвигаются строем. Вероятно, особенности такого строя являются результатом оптимизации как гидродинамических, так и гидроакустических параметров.
Неожиданная трактовка описанных наблюдений принадлежит Стиву Доусону (Steve Dawson) из новозеландского университета Отаго. Он предполагает, что расшифровка дельфинами чужих сигналов объясняет, почему у этих высокоразвитых животных не появилась речь. Что может передавать речевое сообщение? Информацию о внутреннем состоянии говорящего, а также о внешнем мире. Внутренний мир дельфинов отражается в их голосах, а внешний – в эхе от их голосов. Зачем говорить «рыба», если можно сказать просто "я", а рыбу собеседник услышит по эху одновременно с говорящим? – Д.Ш.
Удивительную плоскую структуру, получившую название «оптическая материя», впервые удалось получить ученым Даремского университета в Великобритании. Полистирольные шарики диаметром около четырехсот нанометров сами выстроились в шахматном порядке, удерживаясь друг около друга рассеянным лазерным светом.
Ученые давно используют особым образом сфокусированный свет лазеров, чтобы удерживать атомы в разнообразных оптических ловушках или манипулировать различными нанообъектами как пинцетом. Однако во всех этих экспериментах объектами управляют рукотворные градиенты сильного электромагнитного поля лазерных лучей. В новых экспериментах впервые наблюдался принципиально новый эффект самоорганизации материи в достаточно однородном электромагнитном поле.
Два перекрывающихся лазерных луча с ортогональной поляризацией были направлены изнутри на горизонтально расположенную поверхность кремниевой призмы. Угол падения лучей был больше угла полного внутреннего отражения, и за поверхность призмы проникало только так называемое нераспространяющееся (evanescent) или поверхностное электромагнитное поле, которое быстро затухает вблизи поверхности и не переносит энергии. На призму помещали капельку жидкости с полистирольными шариками. И к всеобщему удивлению шарики сами, за доли секунды, выстраивались в плоскую регулярную структуру, активно взаимодействуя с поверхностным электромагнитным полем.
На оптической материи ученым удалось непосредственно наблюдать многие физические эффекты, характерные для молекулярных кристаллов – поверхностную диффузию, миграцию дефектов, фазовые переходы. Это захватывающее зрелище, увы, не доступно на масштабах отдельных атомов.
Полноценную теорию нового явления еще предстоит создать. И пока трудно предвидеть его возможные практические приложения, выходящие за рамки чисто академического интереса к явлениям самоорганизации. Возможно, управляемая лазером самосборка наночастиц будет полезна при производстве разнообразных устройств наноэлектроники будущего. А пока окрыленные успехом экспериментаторы надеются получить уже трехмерный оптический кристалл. – Г.А.
Принципиально новый материал с отрицательным показателем преломления получила международная команда физиков из Германии, США и Польши. Несмотря на то что он работает только при низких температурах, во внешнем магнитном поле и в миллиметровом диапазоне радиоволн, разработка внушает надежды на скорое появление удивительных электронных и оптических устройств.
На необычные свойства гипотетических материалов с отрицательным показателем преломления первым обратил внимание советский теоретик Виктор Веселаго еще в конце шестидесятых годов прошлого века. Интерес к ним возродился на рубеже тысячелетий, когда было показано, что линзы из таких материалов позволяют обойти так называемый дифракционный предел, который мешает рассмотреть объекты меньше половины длины электромагнитной волны. Это их свойство можно использовать в фотолитографии и нанотехнологиях для изготовления элементов компьютерных чипов.
К настоящему времени получен целый ряд материалов с отрицательным показателем преломления в оптическом и радиодиапазонах, однако все они представляют собой либо сложные композиты, либо фотонные кристаллы и, к сожалению, довольно сильно поглощают в рабочей области.
Новый материал состоит из тонких чередующихся слоев высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7 и ферромагнетика (La:Sr)MnO3. При охлаждении до сверхпроводящего состояния во внешнем магнитном поле порядка трех тесла показатель преломления такого «бутерброда» становится отрицательным.
Ученым удалось непосредственно измерить показатель преломления материала и управлять его величиной и знаком, меняя напряженность внешнего магнитного поля. Эта управляемость может оказаться полезной в целом ряде приложений. Кроме того, механизм работы «бутерброда» внушает надежду на его быстрое совершенствование за счет поиска лучших комбинаций состава и геометрии слоев. В первую очередь ученые решили попытаться снизить необходимую величину внешнего магнитного поля или вовсе его исключить. Возможно, в будущем это позволит довести слоистые материалы Веселаго до практических приложений. – Г.А.