天文学家使用巨大的星系团作为x射线放大镜

麻省理工学院和其他地方的天文学家利用一个巨大的星系团作为x射线放大镜,回顾了近94亿年前的时光。在这个过程中,他们发现了一个很小的矮星系,它处于恒星形成的第一个高能阶段。

虽然星系团被用来放大光学波长的物体,但这是科学家首次利用这些巨大的引力巨行星放大极端遥远的x射线发射现象。

他们发现似乎是蓝色斑点的婴儿星系,关于1/10,000银河系的大小,在推出其第一代恒星——超大质量,大规模地短暂的对象发出的高能x射线研究人员发现一个明亮的蓝色电弧的形式。

麻省理工学院卡弗里天体物理和空间研究所的研究科学家马修·贝利斯说:“就是这个小小的蓝色斑点,意味着它是一个非常小的星系,包含了许多最近形成的超级热的、质量非常大的年轻恒星。”“这个星系与最早在宇宙中形成的星系很相似……那种在遥远的宇宙中从未有人在x射线中看到过的星系。”

Bayliss说,对这个单一的、遥远的星系的探测证明,科学家可以利用星系团作为天然的x射线放大镜,来挑选出宇宙早期历史中极端、高能量的现象。

”这种技术,我们可以在未来,放大一个遥远的星系的不同部分和age-date——说,2亿年前形成的恒星,这一部分与另一部分,形成于5000万年前,并选择它们分开的方式你不能做的,”贝利斯说,他将搬到辛辛那提大学物理学助理教授。

他和他的合著者,包括麻省理工学院物理学助理教授迈克尔·麦克唐纳,今天在《自然天文学》杂志上发表了他们的研究结果。

灯光下的蜡烛

星系团是宇宙中质量最大的物体,由成千上万个星系组成,它们都被万有引力凝聚在一起,形成一股巨大而强大的力量。星系团是如此巨大,它们的引力是如此强大,它们可以扭曲时空的结构,弯曲宇宙和周围的任何光,就像大象会拉伸和弯曲一个梯形网。

科学家们使用星系团作为宇宙放大镜,使用一种被称为引力透镜的技术。他们的想法是,如果科学家能估算出一个星系团的质量,他们就能估算出它对周围光线的引力效应,以及星系团偏转光线的角度。

例如,想象一个观察者,面对一个星系团,试图探测一个物体,例如一个单独的星系,在星系团的后面。该物体发出的光会直接射向星团,然后在星团周围弯曲。它会继续向观察者移动,尽管角度略有不同,但在观察者看来,它是同一物体的镜像,最终可以组合成一个单一的“放大”图像。

科学家们曾使用星系团来放大光学波长的物体,但从未使用过电磁波谱的x射线波段,这主要是因为星系团本身发射出大量的x射线。科学家们认为,任何来自背景光源的x射线都不可能从星团本身的眩光中辨别出来。

Bayliss说:“如果你试图看到星团背后的x射线源,就像试图看到一根蜡烛旁边有一束非常明亮的光。”“所以我们知道这是一个具有挑战性的衡量标准。”

x射线减法

研究人员想知道的是:他们是否可以减去那道亮光,然后看到它背后的蜡烛呢?换句话说,他们是否可以移除来自星系团的x射线辐射,以观察来自一个物体的更微弱的x射线,该物体位于星系团的后方,并被星系团放大?

这个团队通过美国宇航局钱德拉x射线天文台的观测来验证这个想法,钱德拉x射线天文台是世界上最强大的x射线太空望远镜之一。他们特别观察了钱德拉对凤凰星系团的测量。凤凰星系团是一个距离地球57亿光年的遥远星系团,据估计其质量大约是太阳的1万亿倍,在引力作用下,它应该是一个强大的、自然的放大镜。

Bayliss说:“我们的想法是,用你最好的x射线望远镜——在这个例子中是钱德拉——用一个自然的透镜放大,有效地使钱德拉变大,这样你就能看到更远的东西。”

他和他的同事分析了由钱德拉持续观测一个多月的凤凰星系团。他们还观察了两个光学和红外望远镜——哈勃太空望远镜和智利的麦哲伦望远镜——拍摄的星团图像。有了这些不同的观点,研究小组建立了一个模型来描述星团的光学效应,这使得研究人员能够精确地测量星团本身的x射线辐射,并从数据中减去它。

他们在星系团周围留下了两种类似的x射线辐射模式,他们认为这是星系团的“透镜效应”,即引力弯曲。当他们追溯排放的气体时,他们发现它们都来自一个遥远的源头:一个94亿年前的小矮星系,当时宇宙本身大约有44亿年的历史——大约是现在年龄的三分之一。

Bayliss说:“以前,钱德拉只能看到这么远的东西。“在不到10%的时间里,我们发现了这个物体,同样是在很远的地方。引力透镜效应让我们做到了这一点。”

钱德拉和凤凰星系团的自然透镜力使研究小组能够看到隐藏在星系团后面的小星系,放大了约60倍。在这个分辨率下,他们能够放大来分辨星系中两个不同的团块,一个比另一个产生更多的x射线。

由于x射线通常是在极端、短暂的现象中产生的,研究人员认为,第一个富含x射线的团块是矮星系中最近形成超大质量恒星的一部分的信号,而较安静的区域则是包含更多成熟恒星的较老区域。

Bayliss说:“我们捕捉到的这个星系正处在一个非常有用的阶段,那里有非常年轻的恒星。”“每个星系都必须在这个阶段开始,但我们在自己的邻近地区看不到很多这样的星系。现在,我们可以回到过去,看看遥远的宇宙,找到这个生命早期阶段的星系,开始研究那里的恒星形成是如何不同的。”

这项研究的部分资金由美国国家航空航天局和太空望远镜科学研究所提供。

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研究揭示了粘液是如何驯服微生物的

我们200多平方米的身体——包括消化道、肺部和尿道——都布满了粘液。近年来,科学家们发现了一些证据,表明黏液不仅是困住细菌和病毒的物理屏障,而且还能解除病原体的武装,防止它们引起感染。

来自麻省理工学院的一项新研究表明,在黏液中发现的分枝糖分子——聚糖,是这种微生物的主要驯服者。黏液中有数百种不同的聚糖,麻省理工学院的研究小组发现,这些分子可以阻止细菌彼此交流,形成传染性生物膜,有效地使它们变得无害。

麻省理工学院(MIT)生物工程教授、小马克·海曼(Mark Hyman Jr.)职业发展教授凯瑟琳娜·里贝克(Katharina Ribbeck)说:“黏液是治疗性金矿。”“这些聚糖具有非常广泛和复杂的生物学功能。它们有能力调节微生物的行为,调整它们的身份。”

这项研究发表在今天的《自然微生物学》(Nature Microbiology)杂志上。研究人员重点关注了聚糖与铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)之间的相互作用。目前在里贝克实验室进行的研究表明,聚糖也可以调节其他微生物的行为。

《自然微生物学》论文的第一作者是麻省理工学院研究生凯尔西·惠勒。

强大的支持者

一般人每天产生几公升的粘液,直到最近这种粘液还被认为是主要的润滑剂和物理屏障。然而,Ribbeck和其他人已经证明,粘液实际上可以干扰细菌的行为,阻止微生物附着在表面并相互交流。

在这项新的研究中,Ribbeck想要测试黏液中是否含有聚糖来控制微生物的行为。这些糖分子,一种低聚糖,附着在一种叫做粘蛋白的蛋白质上,粘蛋白是黏液形成凝胶的组成部分,形成瓶刷状的结构。与黏液相关的聚糖很少被研究,但Ribbeck认为它们可能在她之前从黏液中观察到的解除微生物的活动中发挥了重要作用。

为了探索这种可能性,她分离了聚糖并将其暴露于铜绿假单胞菌中。暴露于粘蛋白聚糖后,细菌的行为发生了广泛的变化,使它们对宿主的危害降低了。例如,它们不再产生毒素,不再附着或杀死宿主细胞,也不再表达细菌交流所必需的基因。

这种消除微生物的活动对这种细菌产生感染的能力产生了巨大的影响。Ribbeck已经证明用粘蛋白和粘蛋白聚糖治疗假瘤感染的烧伤伤口可以减少细菌的增殖,这表明了这些抗病毒中和剂的治疗潜力。

Ribbeck说:“我们已经看到完整的黏液蛋白有调节作用,可以导致一系列病原体的行为改变,但现在我们可以确定分子机制和负责的实体,即聚糖。”

在这些实验中,研究人员使用了数百个聚糖,但他们现在计划研究单个聚糖的影响,这些聚糖可能与不同的途径或不同的微生物有特定的相互作用。

这是一篇重要的论文,因为它表明细菌生物膜的形成被正常的黏液所抑制,尤其是它的聚糖。(Ribbeck)现在再次证明,正常的粘液对细菌有有益的影响,而且粘液比人们通常认为的要复杂得多,”哥德堡大学(University of Gothenburg)医学生物化学教授贡纳尔·汉森(Gunnar Hansson)说。他没有参与这项研究。

细菌的相互作用

铜绿假单胞菌只是众多被健康的粘液所抑制的条件致病菌之一。Ribbeck现在正在研究聚糖在调节包括链球菌和白色念珠菌在内的其他病原体中的作用,她还在研究识别与聚糖相互作用的微生物细胞表面的受体。

她对链球菌的研究表明,聚糖可以阻止水平基因转移,这是微生物通常用来传播耐药基因的过程。

Ribbeck和其他研究人员现在有兴趣利用他们对黏液素和聚糖的了解来开发人造黏液,这可能为治疗由黏液缺失或有缺陷引起的疾病提供一种新方法。

Ribbeck说,利用粘液的力量也可能导致治疗耐抗生素感染的新方法,因为它提供了一种与传统抗生素互补的策略。

“我们在这里发现的是,大自然已经进化出了一种能力,它可以解除难以对付的微生物的武装,而不是杀死它们。这不仅有助于限制产生抗性的选择性压力,因为它们没有找到生存方式的压力,而且还有助于创造和维持一个多样化的微生物群落,”她说。

Ribbeck怀疑,黏液中的聚糖在决定微生物群落的组成方面也起着关键作用——人体内有数万亿个细菌细胞。她说,这些微生物中有许多对人体有益,而聚糖可能为它们提供所需的营养,或以其他方式帮助它们生长。通过这种方式,黏液相关的聚糖类似于在人奶中发现的许多低聚糖,这些低聚糖还含有大量可以调节微生物行为的糖。

Ribbeck说:“这是一个可能在许多系统中发挥作用的主题,这些系统的目标是塑造和操纵体内的群落,不仅是人类,而且是整个动物王国。”

这项研究由美国国家生物医学成像与生物工程研究所、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、美国国家环境卫生科学研究所和麻省理工学院德什潘德技术创新中心资助。

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三个问题:艾伦·莱特曼关于柬埔寨和家庭的新小说

麻省理工学院的艾伦·莱特曼是一位物理学家,他从一名物理学家一跃成为一名作家——他的兴趣非常广泛。作为麻省理工学院人文学科的教授,莱特曼在他的小说、非小说类书籍和随笔中探索了从科学到社会的诸多主题。他的新小说《三焰》(Three flame)最近由Counterpoint出版社出版,讲述了内战后柬埔寨一个家庭的命运。这是莱特曼熟知的话题:他是Harpswell基金会的创始人,该基金会致力于为柬埔寨和整个东南亚的新一代女性领导人提供权力。莱特曼最近接受麻省理工学院新闻采访时谈到了“三束火焰”。

问:“三焰”的起源是什么?

答:我在柬埔寨工作了15年,我在那里度过了很多时间,我听过很多关于家庭的故事,特别是关于20世纪70年代中期红色高棉大屠杀的余波。今天你在柬埔寨遇到的每个人都有一个亲戚在那段时间里被杀、饿死或折磨。所以它影响了整个国家的每个人。我一直很感兴趣的是,一个国家如何才能在经历了那样的灾难之后,恢复人性。红色高棉的士兵围捕任何他们有丝毫怀疑的人,并鼓励他们的家人举报任何他们有任何怀疑的人。它扰乱了家庭,导致人人为己的心态,这种心态至今仍未消失。

面对所有的破坏和道德堕落,我也听到了关于勇气、韧性和宽恕的故事。许多年后,我认为我已经开始对这个文化有了足够的了解,可以开始写关于它的故事了。但我等了10年才开始写作。写小说比写非小说要更深入地了解一种文化,因为小说涉及日常生活中的小习惯,你必须把它们写对。你不会从几次旅行中就得到这些。

问:这部小说中有许多相互关联的故事,也有许多与众不同的人物。这本书的主题是什么?你是如何把它贯穿到这本书的各个部分的?

A:最重要的是女性在男性主导的社会中所经历的斗争。当然,这不仅适用于柬埔寨,在许多国家也是如此,甚至在美国也是如此。这本书中的许多[其他]主题是普遍的。我希望救赎、宽恕、复仇和妇女斗争的主题能够超越柬埔寨。

五年前,我写了这本书的第一章,关于母亲瑞娜。当我写这篇文章的时候,它是一个独立的短篇故事(发表在《每日照明》杂志上,并且是亚马逊Kindle的单篇文章)。在那个故事中,我提到了家庭的其他成员。一个女儿嫁给了一个橡胶商人;另一个去了金边工作,以偿还家庭债务;儿子有点游手好闲;父亲是非常无知的,性别歧视,和屈尊俯就。写完第一篇故事大约一年之后,我开始对其他家庭成员感到疑惑。一旦你在小说中塑造了一个人物,他们就会栩栩如生地出现在你的脑海中。所以我决定写一个关于这个家庭每个成员的故事。当然,我必须把所有的故事交织在一起,因为它们涉及到同一个家庭。

问:你是如何将这些元素组合成一个有凝聚力的故事的?把故事的这些部分放到一个更大的叙述中一定是相当复杂的。 

答:在我写完这本书之后,我决定将这些故事按其最具戏剧性影响的顺序排列。关于父亲皮奇的故事,我想等到这个角色被塑造出来,来展示他是如何成为现在这样的人,因为我们当中没有一个人是善良的,也没有一个人是邪恶的。关于妮塔(皮奇的女儿)的故事,我想留到书的后半部分,因为这是一个令人震惊的故事。关于斯蕾波夫的故事必须放在最后,因为她是未来唯一的希望。每个故事发生的时间都是最具戏剧性的情节发生在每个角色身上的时候,是塑造他们的最具影响力的时刻。

(在书中),有两个时间是重要的。有按时间顺序排列的时间,然后是读者体验的时间。以皮奇的故事为例,在我看来,作为一个作家,第一次看到皮奇现在的样子,一个没有同情心、独裁、残忍的父亲,甚至开始憎恨他,是更有力量的。后来,在书中,我们看到了他的童年,看到了塑造他的力量。为了把童年的肖像留到以后,这对读者来说是一种更有力量的体验。

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麻省理工学院经济学家埃斯特·迪弗洛(Esther Duflo)和阿比吉特·班纳吉(Abhijit Banerjee)获得诺贝尔奖

麻省理工学院(MIT)的两位创新经济学家埃斯特•迪弗洛(Esther Duflo)和阿比吉特•班纳吉(Abhijit Banerjee)与哈佛大学(Harvard University)经济学家迈克尔•克雷默(Michael Kremer)共同获得了2019年瑞典央行(Sveriges Riksbank)经济学奖,以纪念阿尔弗雷德•诺贝尔(Alfred Nobel)。

Duflo和Banerjee的工作强调在研究中使用现场实验,将实验室式随机对照试验的原则引入经验经济学。他们研究了涉及全球贫困的广泛主题,包括卫生保健、教育、农业和性别态度,并在研究的基础上制定了新的反贫困项目。

2003年,迪弗洛和班纳吉(以及森德希尔·穆莱纳坦,现就职于芝加哥大学)共同创立了阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔贫困行动实验室(J-PAL),这是一个全球性的反贫困研究人员网络,进行实地实验。J-PAL致力于辨别哪种地方干预措施对社会问题影响最大,并与政府和非政府组织合作,更广泛地实施这些项目。J-PAL引人注目的干预措施之一是广泛采用的驱虫计划。

迪弗洛是第二位获得诺贝尔经济学奖的女性,也是最年轻的一位。

1994年,迪弗洛在学习了历史和经济学之后,在巴黎高等师范学院获得了学士学位。第二年,她通过巴黎高等师范学院(Ecole Normale Superieure)和巴黎理工学院(Ecole Polytechnique)联合获得了经济学硕士学位。1999年,迪弗洛在麻省理工学院获得了经济学博士学位。同年,她加入了麻省理工学院,并在那里度过了她的整个职业生涯。

目前Duflo是麻省理工学院扶贫和发展经济学的Abdul Latif Jameel教授。班纳吉是麻省理工学院福特国际经济学教授。

在此之前,Duflo已经获得了一系列奖项和荣誉,包括麦克阿瑟基金会奖学金(2009年)、美国经济协会约翰·贝茨·克拉克奖章(2010年),以及BBVA基金会发展合作前沿知识奖(2009年)。

班纳吉在加尔各答大学获得学士学位,在新德里的贾瓦哈拉尔大学获得硕士学位。1988年,他在哈佛大学获得了经济学博士学位。在1993年加入麻省理工学院之前,他在普林斯顿大学任教4年,在哈佛大学任教1年。

在其他荣誉和奖项中,Banerjee在2004年被选为美国艺术与科学学院院士,并在2009年被授予BBVA基金会发展合作前沿知识奖。

迪弗洛和班纳吉与其他作者一起发表了数十篇研究论文。他们还合著了两本书:《贫穷的经济学》(2011)和即将出版的《困难时期的好经济学》(2019)。

迪弗洛(Duflo)和班纳吉(Banerjee)是第6位和第7位获得该奖项的麻省理工学院教师,前三位分别是保罗•萨缪尔森(Paul Samuelson)(1970年)、佛朗哥•莫迪利亚尼(Franco Modigliani)(1985年)、罗伯特•索洛(Robert Solow)(1987年)、彼得•戴蒙德(Peter Diamond)(2010年)和本格特•霍尔姆斯特罗姆(Bengt Holmstrom)(2016年)。

这个故事将全天更新。

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“电胶”邮票拾起并放下微观结构

如果你撬开你的智能手机,你会看到一组电子芯片和元件排列在一块电路板上,就像一个微型城市。每一种成分可能包含更小的“晶片”,有些还没有人的头发宽。这些元件通常由机器人夹持器组装而成,设计的目的是拿起元件并以精确的配置放置。

然而,由于电路板上的元件越来越小,机器人抓取物体的能力已经接近极限。 

“电子制造需要处理和组装类似于或小于面粉颗粒大小的小部件,”麻省理工学院前博士后和研究科学家Sanha Kim说,他曾在机械工程副教授John Hart的实验室工作。“因此,我们需要一种特殊的‘取放式’解决方案,而不是简单地将(现有的)机器人抓取器和真空系统小型化。”

现在,金、哈特和其他人已经开发出一种微型“电黏合剂”邮票,这种邮票可以拾取和贴放20纳米宽的物体——大约是人类头发的1000倍。这枚邮票是由稀疏的碳纳米管构成的,这些碳纳米管表面涂有陶瓷,排列得就像小刷子上的刷毛。

当给碳纳米管施加一个小电压时,碳纳米管会暂时带电,形成电吸引的刺状结构,可以吸引微小的粒子。通过关闭电压,印章的“粘性”消失,使其能够释放到一个理想的位置。

哈特说,这种冲压技术可以扩展到制造环境,以打印出微观和纳米尺度的特征,例如将更多的元素封装到更小的计算机芯片上。这项技术也可用于其他小而复杂的特征,如人造组织的细胞。此外,该团队还设想了一种大规模的、受生物启发的电粘接剂表面,比如用于抓取日常物品的电压激活垫,以及用于像壁虎一样爬行的机器人。

哈特说:“简单地通过控制电压,你就可以把表面从基本上没有附着力的状态转换成在单位面积上如此强烈地拉动物体的状态,就像壁虎的脚一样。”

研究小组今天在《科学进展》杂志上发表了他们的研究结果。

像透明胶带一样

现有的机械抓取器无法抓取小于50到100微米的物体,这主要是因为在更小的尺度下,表面力往往会战胜重力。当你从勺子里倒面粉时,你可能会看到这一点——不可避免地,一些微小的颗粒会粘在勺子的表面,而不是被重力拖走。

哈特说:“当试图精确地放置更小的物体时,表面力对重力的支配就变成了一个问题,而这是电子元件组装成集成系统的基础过程。”

他和他的同事们注意到,电粘合,即通过施加电压来粘合材料的过程,已经在一些工业环境中被用于挑选和放置大型物体,如织物、纺织品和整片硅片。但是,这种电附着从未应用于微观层面的物体,因为需要一种新的材料设计来控制在更小的尺度上的电附着。

哈特的团队此前曾研究过碳纳米管(CNTs)——碳原子以晶格形式连接并卷成微观管。碳纳米管以其优异的机械、电气和化学性能而闻名,并作为干胶被广泛研究。

哈特说:“以前基于碳纳米管的干式粘合剂的工作重点是最大限度地扩大纳米管的接触面积,从而从本质上创造出一种干燥的透明胶带。”“我们采取了相反的方法,我们说,‘让我们设计一个纳米管表面来最小化接触面积,但在需要时使用静电来打开粘附。’”

新的电黏贴邮票挑选和放置一个170微米大小的LED晶片,使用一个30伏的外部电压暂时“粘”在LED上。研究人员提供

一个黏黏的开关

研究小组发现,如果他们在碳纳米管上涂上一层薄的电介质材料(如氧化铝),当他们对碳纳米管施加电压时,陶瓷层就会极化,这意味着它的正电荷和负电荷会暂时分离。例如,碳纳米管尖端的正电荷会在附近的任何导电材料(如微观电子元件)中引起相反的极化。

结果,这种基于纳米管的印章附着在元件上,就像微小的静电手指一样将其拾起。当研究人员关闭电压时,纳米管和元件去极化,“粘性”消失,允许印章分离并把物体放到给定的表面上。

研究小组探索了邮票设计的各种配方,改变了邮票上生长的碳纳米管的密度,以及他们用来覆盖每个纳米管的陶瓷层的厚度。他们发现,陶瓷层越薄,碳纳米管的间距越小,图章的开/关比就越大,这意味着图章的粘性在通电时比断电时更强。

在他们的实验中,研究小组用这种邮票来收集和放置纳米线的薄膜,每一根纳米线大约比人类头发细1000倍。他们还利用这项技术来挑选和放置复杂的聚合物和金属微粒的图案,以及微发光二极管。

哈特说,这种电子粘合剂印刷技术可以扩展到制造电路板和微型电子芯片系统,以及具有微型LED像素的显示器。

“随着半导体设备能力的不断提高,一个重要的需求和机会是集成更小和更多样化的组件,如微处理器、传感器和光学设备,”Hart说。“通常情况下,这些系统必须单独制造,但必须集成在一起,以创建下一代电子系统。我们的技术可能填补了这些系统可扩展、低成本组装所需的空白。”

这项研究得到了丰田研究中心、美国国家科学基金会和麻省理工学院下一代项目的部分支持。

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机器人帮助病人在家治疗慢性疾病

这款名为Mabu的机器人有着黄色的小身体和友好的表情,简直就是护理管理初创公司Catalia Health的代言人。然而,该公司解决方案中最具创新性的部分是Mabu的蓝色大眼睛。

Catalia Health的软件整合了心理学、人工智能和医疗计划方面的专业知识,帮助患者控制自己的慢性疾病。其结果是一个复杂的机器人伴侣,它通过日常对话给病人提示、药物提醒和病情信息,同时将相关数据传递给护理人员。信息交换也可以在病人的手机上进行。

Catalia Health创始人兼首席执行官Cory Kidd SM ‘ 03, PhD ‘ 08说:“最终,我们建立的是护理管理项目,以帮助特定疾病状态的患者。”“其中很多都是将信息反馈给提供医疗服务的人。我们正在帮助他们加大努力,更频繁地与每位患者交流。”

大约一年半以前,心力衰竭患者第一次把马布带回家,这是他们与医疗服务提供商凯萨医疗机构(Kaiser Permanente)合作的一部分。从那以后,Catalia Health还与医疗保健系统和制药公司合作,帮助患者应对类风湿关节炎和肾癌等疾病。

慢性疾病的治疗计划对患者来说是具有挑战性的,因为他们很难持续地进行管理,而且很多人都没有按照医嘱进行治疗。基德说,Mabu的日常对话不仅帮助病人,而且帮助人类护理人员根据机器人收集的数据做出治疗决定。

机器人改变

基德在2001年来到麻省理工学院攻读硕士学位之前,是乔治亚理工学院的学生和教员。他的工作重点是解决由人口老龄化和慢性病管理人数增加引起的卫生保健问题。

基德说:“我们提供医疗保健的方式不能满足我们的需要,所以我在寻找可能有助于解决这一问题的技术。”

许多研究发现,面对面的交流,而不是通过电话或网络,会让那个人显得更值得信任、更有魅力、更讨人喜欢。在麻省理工学院,基德进行了一些研究,旨在了解这些发现是否适用于机器人。

基德说:“我发现,当我们使用一个互动机器人时,你可以看着它的眼睛,与它分享相同的物理空间,你会得到与面对面互动相同的心理效果。”

作为媒体实验室媒体艺术和科学项目博士学位的一部分,基德对波士顿大学医学中心糖尿病和体重管理项目的患者进行了随机对照试验。一部分患者得到了一个机器人减肥教练带回家,而另一组使用运行相同软件的电脑。这个桌面机器人会定期检查身体,并提供保持健康饮食和生活方式的建议。接受机器人的病人更有可能坚持减肥计划。

2007年博士毕业后,基德立即着手将他的研究成果应用到公司Intuitive Automata,帮助人们使用机器人教练管理他们的糖尿病。不过,基德说,即使在他追求这个想法的时候,他也知道,将如此先进的技术引入医疗行业还为时过早,当时医疗行业还在适应电子健康记录。

直觉自动机最终不是一个主要的商业成功,但它确实帮助基德更深入地了解医疗保健行业,因为他努力向供应商、制药公司、保险公司和病人推销糖尿病和体重管理项目。

基德说:“我能够在整个行业中建立一个庞大的网络,了解这些人是如何看待医疗保健方面的挑战的。”“它让我看到不同的实体如何考虑如何适应医疗保健生态系统。”

从那时起,基德就看到了与机器人和计算机相关的成本直线下降。许多人也热情地接受了像亚马逊的Alexa和苹果的Siri这样的计算机辅助功能。最后,基德说,医疗保健行业的成员已经认识到技术的潜力,可以补充传统的医疗方法。

Kidd解释说:“提供医疗服务的通常方式是把病人带到医生的办公室或医院。“在制药方面,它是基于呼叫中心的。中间是家访模型。它们都是由人类驱动的。如果你想要帮助两倍多的病人,你就要雇佣两倍多的人。没有别的办法。”

2014年夏天,他创立了Catalia Health,帮助慢性病患者进行规模化治疗。

“这是非常令人兴奋的,因为我已经看到,这是多么有效地与病人,”基德说,该公司的潜力。“早期研究的最大挑战是,最终,患者不想把机器人还给他们。在我看来,这是证明这个方法确实有效的原因之一。”

麻布交朋友

Catalia Health使用人工智能帮助Mabu通过日常对话了解每个病人,对话的长度取决于病人的回答。

“很多谈话都是以‘你感觉怎么样?基德解释说:“就像医生或护士问的那样。”“从那里,它可能会向许多方向发展。如果医生或护士能每天和这些病人交谈,他们会问一些问题。”

例如,Mabu会问心力衰竭患者感觉如何,是否有呼吸急促,体重如何。

“根据病人的回答,Mabu可能会说‘你可能要打电话给你的医生’,或者‘我会把这个信息发给他们’,或者‘我们明天再检查吧’,”基德说。

去年,Catalia Health宣布与美国心脏协会(American Heart Association)合作,允许Mabu为心力衰竭患者提供协会的指导方针。

“病人可能会说‘我今天感觉很糟糕’,而Mabu可能会问‘很多像你这种情况的人都有这种症状吗?他说,我们正在努力弄清是疾病还是药物的问题。当这种情况发生时,我们会做两件事:Mabu有很多关于病人可能正在处理的问题的信息,所以她能够快速给出反馈。与此同时,她还将这些信息发送给临床医生——医生、护士或药剂师——任何提供医疗服务的人。”

除了医疗服务提供商,Catalia还与制药公司合作。在每种情况下,病人不用为他们的机器人同伴掏腰包。虽然Catalia Health向制药公司发送的数据完全是匿名的,但它可以帮助制药公司实时跟踪治疗对患者的影响,更好地了解患者体验。

有关Catalia Health许多合作伙伴的细节尚未披露,但该公司上月宣布与辉瑞(Pfizer)合作,测试Mabu对患者治疗计划的影响。

在接下来的一年里,基德希望能加入到公司的合作伙伴名单中,帮助病人治疗更多的疾病。他说,不管Catalia健康量表的速度有多快,它提供的服务不会减少,因为Mabu会把它标志性的注意力和不断增长的知识库带到每一个对话中。

“在临床环境中,如果我们说一个医生对病人态度好,并不意味着他或她比其他人有更多的临床知识,我们只是说他们更善于与病人沟通,”基德说。“我研究了这背后的心理学——能够做到这一点意味着什么?”——并将其转化为我们用来帮助与患者建立对话的算法。”

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新的方法可以在神经元计算时将它们可视化

麻省理工学院(MIT)和波士顿大学(Boston University)的研究人员使用一种荧光探针,当脑细胞处于电活动状态时,荧光探针就会亮起来。

这种技术,可以使用一个简单的光学显微镜,可以让神经科学家想象活动大脑内的电路和链接他们特定的行为,爱德华Boyden说y Eva谭教授在脑科学和生物工程教授,麻省理工学院大脑与认知科学系。

“如果你想研究一种行为或一种疾病,你需要想象神经元群的活动,因为它们在一个网络中协同工作,”博伊登说,他也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所、媒体实验室和科赫综合癌症研究所的成员。

利用这种电压感应分子,研究人员表明,他们可以记录更多的神经元的电活动,这比任何现有的、完全遗传编码的荧光电压探针都要多。

博伊登和波士顿大学生物医学工程副教授薛涵是这项研究的资深作者,该研究发表在10月9日的网络版《自然》杂志上。论文的主要作者是麻省理工学院博士后Kiryl Piatkevich,波士顿大学研究生Seth Bensussen和波士顿大学研究科学家Hua-an Tseng。

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神经元通过快速的电脉冲进行计算,而电脉冲是我们思考、行为和感知世界的基础。测量这种电活动的传统方法需要在大脑中插入一个电极,这是一个劳动密集型的过程,通常允许研究人员一次只记录一个神经元。多电极阵列允许同时监测多个神经元的电活动,但它们的采样密度不够,无法在给定的体积内获得所有神经元。钙成像确实允许这样密集的采样,但它测量的是钙,一种间接的、缓慢的神经电活动测量。

2018年,博伊登的团队开发了一种替代方法,通过荧光探针标记神经元来监测电活动。利用一种被称为定向蛋白质进化的技术,他的团队设计了一种名为Archon1的分子,它可以通过遗传的方式插入神经元,并嵌入细胞膜。当神经元的电活动增加时,分子变得更亮,用标准的光学显微镜可以看到这种荧光。

在这篇2018年的论文中,博伊登和他的同事们展示了他们可以利用这种分子来描绘透明蠕虫和斑马鱼胚胎以及小鼠大脑切片中的电活动。在这项新的研究中,他们想尝试在活的、清醒的老鼠身上使用这种方法,因为它们从事一种特定的行为。

为了做到这一点,研究人员必须修改探针,使其进入神经元膜的一个亚区。他们发现,当分子插入整个细胞膜时,产生的图像是模糊的,因为从神经元延伸出来的轴突和树突也会发出荧光。为了克服这一问题,研究人员在探针上加入了一种小肽,这种小肽可以将探针特异性地引导到神经元细胞膜上。他们称这种修饰过的蛋白质为SomArchon。

“使用SomArchon,您可以将每个细胞视为一个不同的球体,”Boyden说。“与其让一个细胞的光线模糊了它所有的邻居,不如让每个细胞自己大声清晰地说话,不受周围细胞的污染。”

研究人员用这个探针来描绘大脑中被称为纹状体的部分的活动,纹状体参与了老鼠在球上奔跑时的运动计划。他们能够同时监测几个神经元的活动,并将每个神经元的活动与小鼠的运动联系起来。当老鼠跑步时,一些神经元的活动增加,一些下降,而另一些则没有明显的变化。

“多年来,我的实验室尝试了许多不同版本的电压传感器,但没有一个在哺乳动物的大脑中起作用,直到这个,”韩说。

使用这种荧光探针,研究人员能够获得类似于电子探针记录的测量结果,电子探针可以在非常短的时间内检测到活动。这使得测量数据比现有的技术,如成像钙,更有信息含量,神经科学家经常用它来代替电活动。

“我们想要以毫秒为单位记录电活动,”韩说。“我们从钙成像中得到的时间尺度和活动模式非常不同。我们真的不知道这些钙离子的变化是如何与电动力学相关的。”

有了新的电压传感器,即使在神经元没有放电的情况下,也可以测量神经元活动的微小波动。这可以帮助神经科学家研究微小的波动如何影响神经元的整体行为,而这在以前的大脑中是非常困难的,Han说。

哈佛大学化学、化学生物学和物理学教授亚当·科恩(Adam Cohen)说,这项研究“引入了一种新的强大的基因工具”,用于对清醒老鼠大脑中的电压进行成像。

在此之前,研究人员必须用玻璃微血管穿刺神经元来进行电子记录,而且一次只能记录一个或两个细胞。博伊登小组一次记录10个细胞。那是很多细胞,”科恩说,他没有参与这项研究。“这些工具为研究神经活动的统计结构开辟了新的可能性。但是一个老鼠的大脑包含大约7500万个神经元,所以我们还有很长的路要走。”

映射电路

研究人员还表明,这种成像技术可以与光学遗传学相结合。光学遗传学是由博伊登实验室和合作者开发的一种技术,它允许研究人员通过控制神经元表达光敏蛋白来开启和关闭神经元。在这种情况下,研究人员用光激活某些神经元,然后测量这些神经元产生的电活动。

这种成像技术也可以与扩展显微镜技术相结合,博伊登的实验室开发了一种技术,在成像之前扩展脑组织,使其更容易在高分辨率下看到神经元之间的解剖学联系。

博伊登说:“我的一个梦想实验是对大脑中的所有活动进行成像,然后使用膨胀显微镜来寻找这些神经元之间的连接。”“然后我们就可以预测神经计算是如何从线路中产生的。”

博伊登说,这样的接线图可以让研究人员精确地找出导致大脑功能紊乱的电路异常,也可以帮助研究人员设计出更接近人类大脑的人工智能。

麻省理工学院的部分研究是由爱德华和凯·波伊特拉斯、美国国立卫生研究院资助的,包括主任先锋奖、查尔斯·希肯、约翰·多尔、国家科学基金会、HHMI-Simons学院学者计划、人类前沿科学计划和美国陆军研究办公室。

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麻省理工学院林肯实验室资深研究员约翰·古德纳获得诺贝尔化学奖

诺贝尔奖委员会将2019年诺贝尔化学奖的一部分授予约翰·班尼斯特·古德诺(John Bannister Goodenough),表彰他对锂离子电池的开发。锂离子电池广泛应用于便携式电子产品,委员会称其“使移动世界成为可能”。Goodenough目前是德克萨斯大学奥斯汀分校的一名教授,1952年在麻省理工学院林肯实验室开始了他的工程生涯,在那里他研究了实验室开发的SAGE防空系统所使用的计算机的随机存取存储器。

前言的职业生涯在林肯实验室长达24年,以他在1976年成为英国牛津大学无机化学教授在他的任期内的实验室,前言是一个技术人员,然后一个领导者在几组,负责开拓工作计算和磁场和电性质进行开创性研究的材料。1958年,他被提升为数字计算机开发小组的副组长。一年后,他转到计算机部件组担任组长。1963年起担任磁性共振组组长,1965年调任电子材料组组长。

在林肯实验室工作期间,古德诺因对科学和工程的贡献而获得荣誉。1963年,他被提升为美国物理学会会员。1967年,他被授予波尔多大学荣誉博士学位,以表彰他在物理学领域的跨学科研究。国家工程学院在1976年选举古德诺为会员,认可他在电子元件材料设计方面的工作,以及他对性能、结构和化学之间关系的阐述。同样是在1976年,他被化学学会邀请到英格兰和苏格兰的七所大学做百年演讲;这个百年的讲师职位,一个荣誉的任命,被提供给古德诺因为他对固态化学的贡献。

Goodenough与纽约宾厄姆顿大学的M. Stanley Whittingham和日本Meijo大学的Akira Yoshino分享了诺贝尔奖。他将在12月获得奖金。

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麻省理工学院的校友解决了全球日益严重的塑料垃圾问题

近10年前,Priyanka Bakaya工商管理硕士创立了再生学公司,开发一种将塑料垃圾转化为燃料的系统。今天,这个系统被用来盈利,甚至把不可回收的塑料变成高价值的燃料,如柴油,以及新塑料的前体。

自成立以来,Bakaya一直通过多种业务和产品转型来引导更新,以最大限度地发挥其影响力。期间公司的进化从车库里的启动全球可持续性的司机,它已把此项技术授权给废物管理公司在美国和加拿大,创建社区主导型供应链处理nonrecycled塑料,并开始一个非营利组织,恢复海洋,减少塑料流入海洋的世界。

后一个项目把Bakaya和她的团队带到世界上污染最严重的河流之一——恒河。瓦拉纳西是印度一个具有重要宗教、政治和文化意义的城市。通过在瓦拉纳西的努力,ocean希望通过鼓励居民在其“反向自动售货机”中处理无处不在的塑料垃圾来改变河流流域。

更新的每一项举措都给Bakaya带来了挑战,这是她在早期修补系统时所无法想象的。但她以一种创造性的决心克服了这些障碍,这源于她对公司变革力量的信念。

Bakaya说:“专注于你真正感兴趣的大问题是很重要的。”“这么多年来,我们一直坚持做这件事,唯一的原因是它非常有意义,如果它不是很有意义的话,我无法想象自己会在这件事上付出这么多努力和时间。”

可持续发展体系

2009年,Bakaya进入麻省理工学院斯隆管理学院后,开始与再生学的联合创始人兼首席技术官Benjamin Coates合作开发塑料转换系统。在犹他大学(University of Utah)攻读博士期间,科茨一直在不断开发操作系统,利用木材废料和藻类转化来制造燃料。

再生技术的关键创新之一是在塑料上使用连续系统,这样就无需将系统加热到转换所需的高温,从而节省能源。

今天,进入再生系统的塑料首先被粉碎,然后通过化学转化装置,催化剂降解它们的长碳链。

大约有15%到20%的碳链被转化为碳氢化合物气体,然后由再生技术回收来加热系统。其中5%转化为焦炭,剩下的75%转化为高价值燃料。Bakaya说,这个系统每处理10吨塑料,可以产生大约60桶燃料,而且与提取和提取柴油的传统方法相比,它的碳足迹减少了75%。

2014年,该公司开始在盐湖城(Salt Lake City)运营一家大型工厂,并继续在那里进行流程迭代和演示。

从那以后,再生学公司在加拿大新斯科舍省建立了另一个商业规模的设施,在那里,废物管理公司Sustane每天用它处理大约10吨塑料,占公司收集的固体废物总量的5%。再生公司也正在亚利桑那州凤凰城建造一个类似规模的设施,将于明年破土动工。该项目侧重于加工不易回收的特定类型塑料(国际树脂规范3至7)。

除了许可策略外,该公司还在草根中带头收集和加工通常不会回收的塑料,这是庞大的能源袋计划的一部分。

通过这个项目,博伊西、爱达荷、内布拉斯加州的奥马哈和内布拉斯加州的林肯等城市的居民可以使用特殊的橙色袋子将编号4到6的塑料放入他们的常规回收箱。这些袋子在回收处被分开,送到再生公司在盐湖城的工厂进行处理。

这些项目为续订工作奠定了基础,并为Bakaya赢得了《福布斯》(Forbes)、《财富》(Fortune)和世界经济论坛(World Economic Forum)等企业的荣誉。但是,一场日益严重的海洋危机把她拉到了半个地球之外,来到了公司迄今最雄心勃勃的项目所在地。

更新地球上的海洋

每年流入海洋的数百万吨塑料垃圾中,大约90%来自10条河流。这些河流日益恶化的环境状况代表着一场日益严重的全球危机,各州政府已经投入了数十亿美元,但往往收效甚微。

Bakaya相信她能帮上忙。

她说:“这些塑料大多被称为软塑料,回收难度大得多,但它们是再生过程的良好原料。”

Bakaya去年开始将海洋再生作为一个独立的、非盈利的再生部门。从那时起,“更新海洋”就设计了类似栅栏的结构来收集河流废物,然后将这些废物带到规模较小的机器中进行处理。这些机器每天可以处理0.1到1吨的塑料。

复兴海洋公司已经制造了它的第一台机器,Bakaya说决定把它放在哪里很容易。

恒河发源于喜马拉雅山脉,流经印度和孟加拉国1500多英里,是运输、灌溉、能源的一种手段,也是数百万人称之为恒河母亲的神圣纪念物。

再生公司的第一台机器目前正在印度瓦拉纳西进行调试。Bakaya说,这个项目是按比例设计的。

Bakaya说:“我们的目标是把这些水带到其他主要的污染河流,在那里我们可以产生最大的影响。”“我们从恒河开始,但我们想去其他地区,尤其是亚洲周边地区,寻找能够长期支持这一计划的循环经济,这样当地人就能从这些塑料制品中获得价值。”

对Bakaya和Coates来说,缩小他们的系统规模是另一个没有预料到的项目,他们还记得在公司早期扩大原型的规模。多年来,再生学也根据市场变化调整了化学工艺,从生产原油开始,随着油价暴跌转向柴油,现在又在探索生产石脑油等高价值石化产品的方法,这些产品可用于制造新塑料。

事实上,该公司的经营方式几乎和恒河本身一样曲折。Bakaya说她不会有其他方式。

“我真的鼓励企业家们不要只走捷径,而是要真正挑战自我,尝试解决大问题——尤其是来自麻省理工学院的学生。这个世界有点依赖于麻省理工学院的学生来推动我们前进,挑战可能性的领域。我们都应该有解决更大问题的责任感。”

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工程师们对列奥纳多·达·芬奇的桥梁设计进行了测试

公元1502年当时,苏丹巴耶济德二世(Sultan Bayezid II)发出了相当于文艺复兴时期政府招标书(RFP)的文件,要求设计一座连接伊斯坦布尔和邻近城市加拉塔(Galata)的桥梁。列奥纳多·达·芬奇已经是一位著名的艺术家和发明家,他想出了一个新颖的桥梁设计,他在给苏丹的一封信中描述了这个设计,并在他的笔记本上画了一个小草图。

他没有得到那份工作。但在他去世500年后,这座世界上当时最长的桥梁的设计引起了麻省理工学院研究人员的兴趣,他们想知道列奥纳多的概念是如何经过深思熟虑的,以及它是否真的可行。

剧透警告:莱昂纳多知道自己在做什么。

最近的研究问题,研究生卡乐韧皮孟”19日处理建筑与土木与环境工程教授John Ochsendorf和本科米歇尔·谢,解决这个问题通过分析可用的文档,可能使用的材料和施工方法,和地质条件提出的网站,这是一个河口称为金角湾。最终,该团队建立了一个详细的比例模型来测试结构的承受和支撑重量的能力,甚至是承受地基沉降的能力。

研究结果于本周在巴塞罗那举行的国际贝壳与空间结构协会会议上公布。本月晚些时候,他们还将在马萨诸塞州剑桥的德雷珀学院(Draper)发表演讲,并将在11月13日播出的PBS节目NOVA中亮相。

一个扁平的拱

在李奥纳多的时代,大多数的石桥都是用传统的半圆拱来支撑的,这样的桥需要10个或更多的桥墩来支撑。列奥纳多的桥的概念是非常不同的——一个足够高的平拱,可以让一艘帆船在桅杆就位的情况下通过,就像他的素描中所描绘的那样,但是它会用一个巨大的拱来跨越宽广的跨度。

这座桥大约有280米长(虽然列奥纳多自己使用的是另一种测量系统,因为米制仍有几个世纪的历史),如果建成的话,它将成为当时世界上最长的桥梁。“这是难以置信的雄心壮志,”巴斯特说。“它的长度大约是当时典型桥梁的10倍。”

该设计还采用了一种不同寻常的方法来稳定跨度,防止横向运动——这种方法导致了几个世纪以来许多桥梁的倒塌。为了解决这个问题,列奥纳多提出了两边都向外展开的桥台,就像一个站着的地铁乘客在一辆摇摇欲坠的车里扩大自己的姿势以保持平衡。

在他的笔记和给苏丹的信中,列奥纳多没有提供任何关于材料使用或建造方法的细节。巴斯特和他的团队分析了当时可用的材料,得出的结论是,这座桥只能由石头建成,因为木头或砖不可能承受如此大的跨度。他们得出的结论是,就像罗马人建造的那些经典的石桥一样,这座桥在地心引力的作用下可以独立存在,不需要任何固定物或灰浆来把石头固定在一起。

为了证明这一点,他们必须建立一个模型并证明其稳定性。这需要弄清楚如何将复杂的形状分割成可以组装成最终结构的单个块。虽然原尺寸的桥是由数千块石头组成的,但他们决定采用126块石头作为模型的设计,模型按1到500的比例建造(大约32英寸长)。然后在3D打印机上制作每一块,大约需要6个小时。

“这很费时间,但3D打印让我们能够精确地重现这个非常复杂的几何图形,”巴斯特说。

测试设计的可行性

这并不是第一次尝试以实物形式再现达芬奇的基本桥梁设计。其他的,包括挪威的一座人行桥,都受到了他的设计的启发,但是在那个案例中,使用了现代材料——钢筋和混凝土,所以建筑没有提供关于达芬奇工程实用性的信息。

“这不是一个测试,看看他的设计是否能与他那个时代的技术一起工作,”Bast说。但是,由于重力支撑砌体的性质,这个可靠的比例模型,尽管是由不同的材料制成,将提供这样一个测试。

她说:“这一切都是通过压缩来实现的。”“我们想真正展示的是,所有的力量都是在结构内部转移的,”这是确保桥梁稳固而不倒塌的关键。

与实际的砖石拱桥施工一样,这些“石头”在组装时由脚手架支撑,只有当它们全部就位后,才能拆除脚手架,让结构支撑自身。然后是时候在建筑中插入最后一块了,拱顶的楔石。

“当我们把它放进去的时候,我们必须把它挤进去。那是我们第一次架桥的关键时刻。我有很多怀疑”,关于它是否会全部工作,巴斯特回忆说。但是“当我把楔石放进去的时候,我想,‘这会有用的。’之后,我们把脚手架拿出来,它就竖起来了。”

“这是几何的力量”,她说。“这是一个强有力的概念。这是经过深思熟虑的。“莱昂纳多又赢得了一场胜利。

这幅草图是他徒手画的,还是他在50秒内完成的,还是他真正坐下来深入思考的?她说,“从现有的历史材料中很难得知”。但她说,设计的有效性表明,达芬奇确实是经过深思熟虑的。“他知道物质世界是如何运作的。”

他显然也明白该地区容易发生地震,并将一些特征(如可提供额外稳定性的扩展地基)纳入其中。为了测试结构的回弹性,Bast和Xie在两个可移动的平台上建造了这座桥,然后将其中一个移开,以模拟可能由软弱土壤引起的地基移动。这座桥对水平运动表现出弹性,只是轻微变形,直到被拉伸到完全倒塌的点。

这种设计可能对现代桥梁设计师没有实际意义,Bast说,因为今天的材料和方法为更轻、更坚固的设计提供了更多的选择。但是,这一设计的可行性证明让我们更清楚地认识到,如果只使用文艺复兴早期的材料和方法,那些雄心勃勃的建设项目是有可能实现的。这再次凸显了世界上最多产的发明家之一的才华。

它还表明,Bast说,“你不一定需要花哨的技术来想出最好的点子。”

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