Фотонный кристалл читает по пальцам

Международная группа химиков и физиков сообщила о разработке нового материала, который способен менять цвет при небольшом изменении давления. Статья группы из Канады, Германии и Италии вышла в Nature.

Как рассказал руководитель группы Джеффри Озин, профессор химического факультета университета Торонто, они создали эластичный фотонный кристалл – гибкую полимерную пленку, содержащую периодически расположенные сферические пустоты одинакового размера в диапазоне 300–900 нм. Совокупность этих пустот образует сверхрешетку с периодом, превышающим период обычных кристаллических решеток в десятки и сотни раз. Поведение фотонов, чья длина волны совпадает с периодом оптической сверхрешетки фотонного кристалла, сильно отличается от поведения в решетке обычного кристалла, где расстояние между узлами много меньше длины волны света.

Небольшое изменение периодичности сверхрешетки, например, при приложении внешнего давления, сильно меняет оптические свойства материала.

Эту особенность и использовали разработчики для сканирования отпечатков пальцев.

Изменение окраски пленки при прикосновении ученые регистрировали с помощью видеокамеры, установленной с обратной от пальца стороны, имитируя тем самым процесс сканирования датчика. В процессе сканирования отпечатка камера фиксирует изображение пленки с частотой 29 кадров в секунду. В итоге получаются цветные отпечатки пальцев, содержащие помимо изображения рисунка линий кожи цветовую информацию о распределении давления. За время прикосновения (6 секунд) получается 174 снимка динамического изменения окраски пленки, которое может быть проанализировано в дальнейшем. Так как получаемое изображение цветное, то для увеличения контраста могут применяться различные цветовые фильтры.

Оказалось, что эластичность полученной пористой полимерной пленки позволяет различать неровности размером до 5 микрон (0,005 мм), чего с запасом хватает для получения четких, хорошо разрешенных отпечатков пальцев.

На данный момент отпечатки пальцев – главный биометрический параметр для идентификации человека. Системы и технологии сканирования отпечатков пальцев активно развиваются, и (по некоторым данным) рынок таких технологий к 2008 году достигнет $1,5 млн.

По словам помощника профессора Озина Андре Арсено, «мы можем покрыть этим материалом любую поверхность, какую захотим». Так что помимо дактилоскопии разработанный материал может найти применение и в таких областях, как пьезоэлектрические цветные дисплеи, датчики ускорения для автомобильных подушек безопасности, датчики ударной волны при взрыве, визуализация напряжений в несущих конструкциях высотных домов.

Не учите тараканов по утрам

Биоритмы существенно влияют на способность к формированию условных рефлексов у насекомых, по крайней мере у тараканов. Более того, американские биологи установили, тараканы – типичные «совы»: они могут легко обучаться новым навыкам по вечерам, однако с утра научить их чему-нибудь не представляется возможным.

В ходе опыта учёные из американского Университета Вандербильта предоставили насекомым выбор между двумя емкостями с водой. В одном сосуде находилась вкусная вода с сахаром, которая пахла перечной мятой, во втором – несладкая вода с ванильным ароматом. Задачей для тараканов был выбор сосуда со вкусной водой, трудность заключалась в том, что запах ванили для испытуемых гораздо более привлекателен, нежели резкий аромат перечной мяты.

Занятия с насекомыми, после которых тараканы должны были демонстрировать этот приобретённый рефлекс, проводились в разное время суток. Через день прошедшим обучение шестиногим «студентам» устраивали «экзамены»: таракан должен был самостоятельно выбрать по запаху ёмкость со сладкой водой.

Результаты показали: учить тараканов с утра – пустая трата времени.

«Те тараканы, которые успешно завершали обучение утром, на следующий день демонстрировали полное отсутствие необходимых навыков. Они забывали абсолютно все и вели себя так, как будто 24 часа назад их не тренировали вовсе, – отметил руководитель исследования Терри Пейдж из Университета Вандербильта. – Те, кто учился в вечернюю смену, показывали результаты получше».

По словам Пейджа, учёные пока не могут сказать, почему степень обучаемости у тараканов столь зависит от времени суток. Однако последние результаты уже сейчас помогут выявить взаимосвязь между процессами обучения, формирования памяти и биологическими ритмами.

В перспективе, как надеются биологи, им удастся влиять на специфику этих процессов.

Стоит отметить, что это первое исследование, доказавшее, что на способность к обучению, развитую у насекомых, влияют внутренние часы особей. До этого подобные исследования проводились с участием грызунов. В результате этих экспериментов учёные неизменно приходили к выводу, что формирование условных рефлексов зависит от функционирования «внутренних часов», которые в рамках почти суточного цикла биологических процессов приводят организм в состояние «боевой готовности» и контролируют уровень вырабатываемых гормонов.

Так, исследование, проведённое специалистами Школы медицины в Морхаузе в ноябре 2006 года, продемонстрировало: мыши, которые на себе испытывают эффект jet lag (нарушение суточного ритма организма, а также расстройство биоритмов в связи, например, с перелётом через несколько часовых поясов), чаще всего не выживают. Это означает, что циркадные ритмы могут влиять не только на способность к обучению или корректному восприятию поступающих чувственных импульсов, но и на качество работы организма в целом.

Ознакомиться с результатами исследования обучения тараканов можно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences