14. 6. 2026

Poskakující ionty baterie si pamatují, kde byly

FyzikaTechnologie

Pevné baterie ukládají a uvolňují náboj posouváním iontů tam a zpět mezi dvě elektrody. Z našeho obvyklého pohledu proudí ionty pevným elektrolytem baterie jako jemný proud. Vědci zjistili, že zdánlivě hladký tok iontů elektrolytem baterie, je překvapivě komplikovaný.

Při pohledu na atomové měřítko je tento hladký tok iluzí. Jednotlivé ionty nepravidelně přeskakují z jednoho otevřeného prostoru do druhého v prostorné atomové mřížce elektrolytu, šťouchané ve směru elektrody stálým napětím. Tyto skoky je těžké předvídat a je obtížné je spustit a odhalit.

Nyní, v první studii svého druhu, vědci dali skákajícím iontům ráz napětí tím, že je zasáhli pulzem laserového světla. K jejich překvapení většina iontů nakrátko obrátila směr a vrátila se do svých předchozích pozic, než pokračovala ve svých obvyklých, náhodnějších cestách. Byl to první náznak, že si ionty v jistém smyslu pamatovaly, kde právě byly.

Elektronický kukuřičný škrob

„Můžete si představit, že se ionty chovají jako směs kukuřičného škrobu a vody,“ řekl Andrey D. Poletayev, postdoktorandský výzkumník z Oxfordu, který pomáhal vést experiment, když byl postdoktorandem v laboratoři SLAC. „Pokud tuto směs kukuřičného škrobu jemně zatlačíme, chová se jako kapalina, ale když do něj udeříme, ztuhne. Ionty v baterii jsou jako elektronický kukuřičný škrob. Odolávají silnému otřesu způsobenému otřesem laserového světla pohybem dozadu.

„Neostrá paměť“ iontů, jak říká Poletajev, trvá jen několik miliardtin sekundy. Ale vědomí, že existuje, pomůže vědcům poprvé předpovědět, co udělají putující ionty příště, což je důležitý faktor pro objevování a vývoj nových materiálů.

Laserový přístroj sestrojený vedoucím vědcem SLAC Matthiasem C. Hoffmannem pro experimenty, které otřásly ionty procházejícími elektrolytem pevné baterie s nárazem napětí. K překvapení výzkumníků většina iontů zareagovala obrácením kurzu a skokem do svých předchozích pozic, než se vrátila na své obvyklé nevyzpytatelné dráhy – první náznak, že si v jistém smyslu pamatovali, kde byli. 

Elektrolyt určený pro rychlost

Pro své experimenty v laserové laboratoři SLAC použili vědci tenké, průhledné krystaly pevného elektrolytu z rodiny materiálů nazývaných beta-aluminy. Tyto materiály byly vůbec prvními objevenými elektrolyty s vysokou vodivostí. Obsahují malé kanálky, kde se mohou skákající ionty pohybovat rychle a mají tu výhodu, že jsou bezpečnější než kapalné elektrolyty. Beta-oxidy hlinité se používají v bateriích v pevné fázi, bateriích sodíku a síry a elektrochemických článcích.

Jak ionty proskakovaly kanály beta-oxidu hlinitého, výzkumníci je zasáhli pulzy laserového světla, které byly jen biliontiny sekundy dlouhé a poté změřili světlo, které se vrátilo z elektrolytu.  

Změnou doby mezi laserovým pulzem a měřením byli schopni přesně určit, jak se změnila rychlost a preferovaný směr iontů během několika biliontin sekundy po nárazu laseru.

Zvláštní a neobvyklé

„V procesu iontového skákání se děje mnoho podivných a neobvyklých věcí,“ řekl Stanfordský profesor Aaron Lindenberg, vyšetřovatel Stanfordského institutu pro materiálové a energetické vědy (SIMES), který vedl studii.

„Když aplikujeme sílu, která otřese elektrolytem, ​​iont nereaguje okamžitě jako u většiny materiálů,“ řekl. „Ion tam může chvíli sedět, najednou vyskočit a pak tam zase nějakou dobu sedět.“ Možná budete muset nějakou dobu počkat a pak najednou dojde k obrovskému posunu. Takže v tomto procesu je prvek náhodnosti, který tyto experimenty ztěžuje.“

Až dosud se vědci domnívali, že způsob, jakým se ionty pohybují, byl klasickou „náhodnou chůzí“. Strkají se, narážejí a bouchají do sebe, jako když se opilý člověk potácí po chodníku, ale nakonec dosáhnou nějakého cíle způsobem, který pozorovateli připadají záměrné. Nebo si vzpomeňte na skunk vypouštějící páchnoucí sprej do místnosti plné lidí. Molekuly ve spreji se náhodně tlačí a srážejí, ale až příliš rychle se dostanou k vašemu nosu.

Pokud jde o poskakující ionty, „ten pohked se v atomovém měřítku ukazuje jako špatný,“ řekl Poletajev, „ale to není chyba lidí, kteří k tomuto závěru došli. Jde jen o to, že výzkumníci tak dlouho zkoumali transport iontů pomocí makroskopických nástrojů a nemohli pozorovat to, co jsme viděli v této studii.

Objevy v atomovém měřítku, které zde byly učiněny, řekl, „pomohou překlenout propast mezi atomovými pohyby, které můžeme modelovat v počítači a makroskopickým výkonem materiálu, což náš výzkum tak zkomplikovalo.

—————————————————————————————

SLAC je pulzující multiprogramová laboratoř, která zkoumá, jak funguje vesmír v největším, nejmenším a nejrychlejším měřítku, a vynalézá výkonné nástroje používané vědci po celém světě. S výzkumem zahrnujícím částicovou fyziku, astrofyziku a kosmologii, materiály, chemii, bio- a energetické vědy a vědecké výpočty pomáháme řešit problémy reálného světa a prosazovat zájmy národa.

Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS. Výzkumný tým z Národní laboratoře akcelerátorů SLAC Ministerstva energetiky, Stanford University, Oxford University a Newcastle University popsal svou studii v Nature.

Etika a technika cílené inkubace snů

MedicínaNovéTOP 10Zajímavosti

Nové technologie zavádějí výzkumníky a dobrovolníky do sotva zmapovaného terénu: Vaší spící mysli

Elektrody a dráty pomáhají vytvořit náhled na snící mysl ve spánkové laboratoři Swansea University během nedávné studie s výzkumnicí Michelle Carrovou, píše DISCOVER. Až se vám v blízké budoucnosti ve snech objeví zurčící potok kaskádovitě stékající ze Skalistých hor, možná budete skeptičtí k tomu, kdo ho tam vložil. Ačkoli představa korporace, která zasévá sny do spící mysli, zní jako sci-fi zápletka, někteří spotřebitelé začali brát tuto myšlenku v roce 2021 vážně.

Tehdy společnost Molson Coors spustila online video propagující kampaň „cílené inkubace snů“. Předpokladem projektu bylo zasazení obrázků piva Coors do snů fotbalových fanoušků před Super Bowlem v roce 2021. Společnost to nazvala „největší studií snů na světě“. Někdo by to mohl nazvat noční můrou.

Online reklama ve stylu dokumentárního filmu, v níž vystupovala uznávaná výzkumnice spánku Deirdre Barrettová a v níž bylo možné nahlédnout do zákulisí spánkové studie společnosti Coors, se většinou rovnala marketingovému triku. (Na základě studie zobrazené ve videu nebyl publikován žádný výzkum.) Ale věda není tak přitažená za vlasy.

Malá, ale neohrožená skupina vědců zdokonaluje high-tech metody manipulace se sny, obor zvaný snové inženýrství. Podle Adama Haara, snového inženýra z MIT Media Lab, který se věnuje špičkovému výzkumu snů, se také v mnoha marketingových studiích otevřeně testují způsoby, jak využít spánek a hackování snů k řízení nákupního chování. Jedna ze zpráv Americké marketingové asociace v New Yorku z roku 2021 dokonce odhalila, že z přibližně 400 oslovených marketérů v amerických firmách si 77 % jejich společností dalo za cíl nasadit technologii snů pro reklamu do tří let.

Tato komerční snaha, do níž údajně investují společnosti Microsoft, Burger King a další velká jména, vyvolala vážné etické obavy ohledně této technologie – natolik vážné, že 38 výzkumníků snů zveřejnilo v červnu 2021 otevřený dopis. „Potenciál zneužití těchto technologií je stejně zlověstný jako zřejmý,“ napsali.

Haar, který se na přípravě dopisu podílel, však tvrdí, že etické hranice jsou zde nejasné. Souhlasí sice s tím, že prodávat potenciálně návykové nápoje spícím lidem je přinejmenším eticky pochybné, ale komerční využití těchto metod zcela nevylučuje. „Kdo říká, že by Duolingo [populární aplikace pro výuku jazyků] nemělo do svých postupů výuky jazyků zahrnout inkubaci snů?“ říká. Je ochoten zvážit i další nápady, jako například že by společnost Marvel Entertainment dávala dětem sny o Iron Manovi. „Nejsem zde etickou autoritou jen proto, že znám vědu,“ říká.

Jakkoli by bylo potěšující najít spolehlivého hackera pro výuku jazyků, spousta lidí se třese na to, že by jim do snů mohli vpadnout firemní šimlové. Skutečnost je však taková, že aplikace snového inženýrství zůstávají široké a rozmanité, protože tento koncept otřásá oblastí výzkumu spánku.

Rukavice Dormio dokáže rozpoznat, kdy její uživatel usnul. Poté sdílí zvukové signály, které ovlivňují obsah snů.


Lucidní spánek

Pro začátek tým v Montrealu nedávno nasadil hru o létání ve virtuální realitě, při níž se dobrovolníci se sluchátky na uších vznášejí krajinou hor a tunelů. Pak usnuli. Při pouhých 15 minutách létání ve VR se účastníkům častěji zdálo o létání jak během spánku v laboratoři (pětinásobný nárůst), tak později v noci doma (osminásobný nárůst).

Mezitím výzkumníci z MIT Media Lab pracovali na technologii, jejímž cílem je ovlivňovat sny během hypnagogického stavu, což je polojasná fáze spánku, která nastává právě ve chvíli, kdy usínáte. Tým vedený Haarem vyvinul high-tech rukavici nazvanou Dormio, která se připevní na ruku a snímá jemné změny svalového tonu, srdečního tepu a vodivosti kůže. Tyto údaje ukazují, kdy člověk upadá do prvních okamžiků lehkého spánku. Zařízení pak vydá zvukový signál, například „vidlička“ nebo „strom“. Když vědci během testování vyzvali spící subjekty slovem strom, 67 % zpráv shromážděných poté, co se spáči probudili, hlásilo něco o stromu, uvádí studie z roku 2020 v časopise Consciousness and Cognition.

Co se týče aplikace, jedna z výzkumnic, Michelle Carrová, vzpomíná, jak často zažívala spánkovou paralýzu, když chodila na střední školu. Až o několik let později, při studiu na vysoké škole, zažila svůj první lucidní sen, tedy scénář, při kterém si spící člověk uvědomuje, že sní. Tento pocit se dostavil právě ve chvíli, kdy se Carrová probouzela – nebo si to myslela – a skutečně zasáhl do nástupu epizody paralýzy. Nakonec si uvědomila, že lucidní snění by mohlo být způsobem, jak pomoci lidem s nočními můrami a podobnými poruchami spánku. Jako neurovědkyně je nyní jednou z průkopnic využívajících nedávné technologické inovace v této oblasti. Její práce zahrnuje virtuální realitu, smyslovou stimulaci a další techniky, které umožňují surrealistickým způsobem manipulovat s obsahem ve spící mysli. „Přináší to užitečné informace o tom, proč studujeme sny,“ říká Carr.

Donedávna se většina vědců domnívala, že sny jsou téměř neproniknutelné, říká Tore Nielsen, ředitel Laboratoře snů a nočních můr v montrealské nemocnici Sacred Heart Hospital. Před rokem 1950, kdy odborníci objevili spánek s rychlými pohyby očí (REM), se obecně domnívali, že mysl během snění vypíná všechny smyslové vjemy – což prakticky znemožňuje cokoli ovládat. Když se však vědci dozvěděli, že mohou komunikovat s lucidními snílky během jejich snění – tento průlom umožnila technologie, která sleduje pohyby očí během REM -, otevřela se nová hranice.

Technologie, jako je VR a technologie používané společností Dormio, přišly na „způsoby, jak se dostat ke snící osobě a manipulovat se sny,“ říká Nielsen. Stav, který se tvrdošíjně bránil vniknutí, najednou změkl a spolupracuje s výzkumníky, kteří zkoumají jeho tajemství.

Etické otázky

Jiní výzkumníci v této oblasti se k moci tvarovat sny staví zdrženlivěji, ale k poznatkům snového inženýrství se staví optimisticky. Jennifer Windtová, filozofka mysli a kognitivní vědkyně z Monash University v australském Melbourne, říká, že navzdory některým úspěchům s novými technologiemi jsou sny vůči manipulaci poměrně odolné. „Můžeme [sny] trochu pošťouchnout určitým směrem,“ říká. „Pravděpodobně je nemůžeme striktně napsat.“

Na druhou stranu však podle ní snové inženýrství nabízí potenciál objasnit jeden z nejobtížnějších problémů vědy a filozofie: vědomí. Je to kvůli způsobu, jakým sny přistupují k mysli, která stejně jako oceán zůstává z velké části neprozkoumaná.

Vědci zjišťují, že spánek je mnohem blíže bdělému vědomí, než jsme si tradičně mysleli, vysvětluje Windt. A platí to i naopak. „Bdělost je ve skutečnosti mnohem podobnější snění a mnohem podobnější spánku, než jsme si mysleli,“ říká Windt, který studuje bloudění myslí i snění. Podobnost nachází nejen v subjektivních prožitcích bdění a snění, ale i ve skutečných neurologických vzorcích pozorovaných během těchto stavů.

Studium snů může také osvětlit, jak různé fáze spánku – a možná i sny – podporují upevňování paměti a učení. Již desítky let víme, že spánek je pro konsolidaci paměti nezbytný, říká Nielsen. Zda snění hraje při konsolidaci nějakou roli, však zůstávalo otevřenou otázkou.

Přesto etické obavy z tohoto výzkumu mohou omezit jeho rozvoj. Tento janusovský aspekt oboru se projevil ve studii z roku 2014, která spáčům předkládala pach hnijící ryby v kombinaci s pachem cigaret, aby jim pomohla přestat kouřit. Technika byla úspěšná. Po jediné noci vystavení nepříjemnému zápachu během spánku účastníci následující týden vykouřili výrazně méně cigaret. V článku z roku 2020 o příslibu snového inženýrství – který uznal přínos studie o kouření z roku 2014 – však Carr, Haar a jejich kolegové uznali, že manipulace se sny by se mohla uplatnit i při méně ušlechtilých záměrech, jako je vytváření politických předsudků nebo sexuální přitažlivosti. A potenciální škody se neomezují jen na nekalé plány a špinavou reklamu.

Pokud sny hrají roli také při zpracování vzpomínek nebo emocí, jak se mnozí výzkumníci domnívají, vyvstávají otázky, zda je vůbec rozumné si s touto sférou zahrávat. Ve skutečnosti nemůžeme znát důsledky jejich narušení, dokud lépe nepochopíme funkci snů. Windt uznává, že jde o důvodnou obavu. Pokud, jak naznačuje její výzkum, je snění podobné bdělým stavům, jako je například bloudění myslí, pak „při snovém inženýrství zasahujeme jen do části [prožitku vědomí], ale ne do celého,“ říká.

V případě společnosti Coors to znamená, že i když společnost úspěšně vetkne své ikonické zurčící proudy do spící mysli, nemusí to vyvolat jen chuť na pivo. Stejně dobře může v matoucí lidské mysli vyvolat strach, úzkost, pach hnijící ryby nebo jiné neznámé účinky.


K této studii nebyl publikován žádný vědecký článek

Vědci budou schopni vypěstovat elektrody v lidském těle a udělat z nich „kyborgy“

MedicínaTechnologieTOP 10Zajímavosti

Byl vytvořen supergel, který umožňuje integraci elektronických počítačových obvodů do těla

Vědci ze švédských univerzit v Linköpingu, Lundu a Göteborgu zveřejnili svou vědeckou práci, ve které tvrdí, že vytvořili speciální biologický gel, který v budoucnu pomůže integrovat různé elektrické obvody do lidského těla, píše FOCUS.

Pomocí gelu bude možné pěstovat skutečné elektrody přímo v těle. Za jejich růst bude přímo odpovědné lidské tělo a nebude potřeba žádná modifikace genů ani vnější elektrická stimulace.

V jihovýchodní Asii rybě Danio-rerio a také pijavicím lékařským, byl podán gel s obsahem enzymů ve formě „montážních molekul“. V důsledku toho vědci poznamenali, že v mozku, srdci a ocasu ryb se tvoří elektrody a tělo samotné takové změny neovlivnily. Navíc imunitní systém „subjektů“ reagoval pozitivně.

„Kontakt s tělesnými látkami mění strukturu gelu a činí jej elektricky vodivým. V závislosti na tkáni můžeme také upravit složení gelu tak, aby spustil elektrický proces,“ říká Xenophon Strakosas, výzkumník z Linköpingské univerzity.

Hlavním úkolem vědců je rozvíjet další výzkum, který umožní v dlouhodobém horizontu plně vybavit lidské tělo integrovanými obvody. Především to přinese průlom v neurologické terapii. Okamžitá revoluce by se však neměla očekávat, poznamenávají vědci, pro plnou realizaci jejich plánu je třeba vyřešit mnoho vědeckých a technických problémů, takže „éra kyborgů“ je prozatím odložena.

Elektrody v mozku: Vědci vyvinuli „dekodér nálady“

MedicínaPodcastTechnologieTOP 10Zajímavosti
Podcast: Elektrody v mozku vyřeší deprese

Deprese je problém, který postihuje stále více lidí a nelze jej podceňovat. Velmi důležitou roli zde proto hraje správná diagnostika a vhodná léčba. To může být brzy snadnější díky objevu vědců z Baylorské Vysoké školy lékařství v Houstonu v Texasu, kteří vytvořili „dekodér nálady“.

Podle vědců jde o způsob, jak číst emoční stav lidí na základě pozorování mozkové aktivity. Jedná se o experimentální léčbu, která využívá elektrody, které jsou implantovány do mozku, aby dodávaly pravidelné elektrické impulsy. Zatím byl použit na pár lidech, ale výsledky jsou velmi slibné.

Elektrody v mozku jako způsob, jak se vypořádat s depresí?

Dobrovolníci s implantovanými elektrodami zůstali v nemocnici několik dní a vědci sledovali, co se během této doby dělo s jejich mozky. Tak vznikl „dekodér nálady“, který umožňuje posoudit náladu pacienta. Vědci doufají, že v budoucnu bude vylepšené řešení schopné určit, jak vážná je deprese a budou schopni přesněji určit, kam umístit elektrody, aby se optimalizoval jejich dopad na pacientovu náladu. To je důležité, protože analýzy výsledků výzkumu ukázaly, že elektrody mohou stimulovat pozitivní náladu.

Výzkum byl založen na metodě hluboké mozkové stimulace (DBS), která zahrnuje implantaci elektrod ke stimulaci vybrané oblasti mozku. Používá se například při léčbě Parkinsonovy choroby. Odborníci se ji už pokoušeli použít k léčbě deprese, ale výsledky dvou velkých klinických studií, které byly provedeny v roce 2000, nebyly uspokojivé a byly ukončeny.


Sheth a jeho kolegové se také zatím nenechají unést a zdůrazňují, že je zapotřebí další výzkum. Dosud byli analyzováni pouze tři pacienti a deprese je komplexní porucha. Všimli si však toho, že oblast mozku zvaná cingulární kůra se aktivovala specifickým způsobem, když měli subjekty lepší náladu a vykazovala opačný vzorec aktivity, když byla jejich nálada horší. To dává naději, že další výzkum může pomoci porozumět depresi a vyvinout vhodné metody neurostimulace, které umožní účinnější léčbu.


Warning: Undefined array key "sssp-ad-overlay-priority" in /data/web/virtuals/326454/virtual/www/wp-content/plugins/seznam-ads/includes/class-seznam-ssp-automatic-insert.php on line 276