Японское экономическое чудо: причины и достижения

Академик Олег Фиговский.

         Молниеносное развитие Японии после Второй Мировой войны — одно из главных чудес мировой экономики. Всего за пару десятилетий страна, которая потеряла почти все и лежала в руинах, смогла построить мощнейшую точную промышленность и превратиться в главного мирового производителя электроники. Естественно, это отражается и на развитии университетов Японии, мировые рейтинги которых в сравнении лучшими в России приводятся в нижеследующей таблице:

World Rank	Institution	Location	National Rank	Education Rank	Employability Rank	Faculty Rank	Research Rank	Score
13 Top 0.1%	University of Tokyo	Japan	1	37	6	113	30	89.8
27 Top 0.2%	Kyoto University	Japan	2	38	32	64	79	87.1
100 Top 0.5%	Osaka University	Japan	3	145	74	124	147	81.8
103 Top 0.6%	Keio University	Japan	4	519	13	–	397	81.7
118 Top 0.6%	Nagoya University	Japan	5	67	211	59	210	81.1
143 Top 0.7%	Tohoku University	Japan	6	139	151	155	175	80.3
165 Top 0.9%	Tokyo Institute of Technology	Japan	7	330	105	74	282	79.6
217 Top 1.1%	Lomonosov Moscow State University	Russia	1	134	404	207	227	78.4
277 Top 1.4%	P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences	Russia	2	34	–	118	558	77.2

После поражения во Второй Мировой войне, Япония была оккупирована союзниками во главе с США. Страна лежала в руинах, а ее экономика была уничтожена — около ⅓ промышленных мощностей были потеряны. Площадь страны уменьшилась в 20 раз — империя потеряла все свои огромные колонии от Маньчжурии до многочисленных островов в Тихом океане.  В 1948 году среднестатистический японец потреблял чуть больше пары колобков риса в сутки. Но уже в 1952 году экономика начала восстанавливаться, а через 3-4 года японские компании производили сложнейшую для того времени электронику, которая была по качеству не хуже, чем в Америке. В 1952 году американская оккупационная администрация передала власть гражданскому правительству, а Минобороны США, осознавшее реалии разгорающейся Холодной войны, начало размещать крупные оборонные заказы на японских предприятиях. К тому же, американский рынок был открыт для японского экспорта. Уже к 1955 году японское производство достигло уровня 1944 года, в котором воюющая империя достигла пика экономической мобилизации. Америка стала главным рынком для экспорта японских промышленных изделий. Темпы роста ВВП достигли 10% в год и сохранялись на таком уровне до 1970-х.

Чтобы достичь таких успехов, японское руководство выработало уникальную экономическую стратегию, которую затем в общих чертах воспроизвели в Корее, Тайване и Китае. При этом первый шаг на этом пути был навязан еще американцами. Оккупационные власти под командованием генерала Макартура принудили японскую администрацию провести ряд социальных реформ. Как пишет журналист и экономист Джо Стадвелл, ключевой из них стала земельная реформа, которую современники воспринимали как очень «левую»  — наделы были примерно поровну поделены между всеми крестьянскими семьями, а крупные землевладельцы и безземельные крестьяне перестали существовать. В стране появился класс мелких, но самостоятельных аграриев, каждый из которых с любовью возделывал свой небольшой надел. Стадвелл пишет, что эти фермеры, у которых водятся лишние деньги, стали первичными платежеспособными потребителями зарождающейся японской промышленности. Это было необходимо, ведь крестьяне, которые не владеют землей и арендуют ее у лендлордов, слишком бедны, чтобы покупать магнитофоны и телевизоры. Опираясь на этот внутренний спрос, промышленные компании смогли потихоньку развивать качество продукции до уровня, востребованного на международных рынках. Затем японские бизнес и государство заключили негласный ультрапротекционистский пакт. Предприятия, которые будут эффективно развиваться, получат любую господдержку, а доступ иностранных компаний будет ограничен так, чтобы конкуренция с ними никак не вредила национальным производителям. Но в обмен на это компании должны сохранять капиталы в стране, и при этом стремиться покорять зарубежные рынки. Эффективность предприятий мерялась способностью производить товары, которые можно было продавать на экспорт. Ради этого японские промышленники нередко даже уходили в минус, реализуя продукцию ниже себестоимости — но огромные программы господдержки компенсировали потери. Но если компания не справлялась с задачами по экспорту, ее лишали поддержки, и могли принудить к слиянию с более успешными конкурентами.

Среди прочего госорганы помогали фирмам через «серые» схемы. Например, через дипломатические каналы власти способствовали затягиванию процессов о недобросовестной конкуренции над японскими корпорациями в других странах. А японские шпионы выведывали у иностранцев технологические секреты для гражданских отраслей промышленности точно так же, как в других странах — для военных. Японской экономикой в те годы крайне эффективно рулило Министерство внешней торговли и промышленности (MITI), которое полностью контролировало потоки финансов, заведовало интеллектуальной собственностью и направляло промышленные компании страны.  Для того, чтобы насытить японскую промышленность инновациями, MITI разработало множество механизмов вымогательства технологий у западных предприятий. Когда зарубежный производитель пытался выйти на местный рынок, который быстро стал весьма привлекательным, Министерство предоставляло им выбор: либо вы лицензируете нашим фирмам свои технологии за малую долю их реальной стоимости, либо мы не пускаем вас в страну. К примеру, в конце 1950-х MITI вынудил IBM передать японским компаниям лицензии на разработки за 5% от их реальной цены — американским компьютерщикам был необходим доступ в Японию, поэтому им пришлось согласиться.

Исследователи считали, что иностранные фирмы соглашались на такие условия прежде всего потому, что всерьез не верили, что японские промышленники могут добиться серьезных успехов. Но на деле уже через несколько лет японские производители начинали выпускать товары, которые были дешевле и не хуже по качеству, чем иностранные.  Так, Studebaker был настолько уверен в бесполезности японского рынка, что даже не запросил контрольный пакет акций, когда в середине 1950-х создал совместное предприятие с японской Daihatsu Company. Но уже через 10 лет Studebaker был вынужден уйти из Японии, а Daihatsu стал одним из лидером местного рынка и даже экспортировал машины в Европу. Еще одним методом принудить компании к передаче технологий был «патентный флуд», который был возможен благодаря тому, что японское патентное ведомство находилось в ведении MITI — и в нем же было написано японское законодательство об интеллектуальной собственности. Вскоре после того, как иностранец подавал в патентное ведомство Японии заявку на регистрацию изобретения, туда приходили десятки и сотни заявок от японских фирм, оспаривающих ее. «Представьте, что вы изобрели что-то полезное и уникальное, например, велосипед, и запросили патент Японии, — разъясняет этот процесс политический исследователь Пат Чоат. — После этого японская компания неожиданно подает заявку на патент на правую педаль, а другая — на левую. Третья просит патент на защелку, которая прикрепляет тормозные тросы к рулю — и так далее». В теории, зарубежная компания могла отстоять свою правоту и доказать, что ее изобретение уникальное. Но вот незадача — японское регулирование делало такие споры невероятно дорогими, за каждое из десятков и сотен разбирательств пришлось бы заплатить от $100 000 до $250 000. Затем зарубежной компании предлагали либо лицензировать технологию японцам, либо убираться восвояси. По некоторым подсчетам, с 1950 по 1978 год японские предприятия получили 32 000 лицензии общей стоимостью около $1 трлн, заплатив за них всего $9 млрд, то есть 0,9% — IBM, получившей 5%, еще повезло.

Кроме того, японские компании выстроили мощную систему промышленного шпионажа. Когда американская фирма выпускала новинку, японцы тут же копировали их, и через год-два начинали производство почти полностью аналогичных изделий, которые при этом были дешевле, и нередко более коммерчески успешными. К примеру, в 1954 году Texas Instruments и Raytheon разработали и выпустили на рынок первые миниатюрные транзисторные радиоприемники, которые были в несколько раз меньше своих предшественников — размером с коробку хлопьев. Уже через год Sony выпустила похожий приемник TR-55. Вслед за ними аналогичные радио выпустили британские и западногерманские фирмы. Мы не знаем точно, имел ли здесь место именно шпионаж, но тайминг выхода очень многих новинок заставляет задуматься.  Несмотря на это, США продолжали поддерживать Японию и передавать ей технологии и через официальные, поддержанные правительством каналы. В 1955 году Вашингтон и Токио учредили Программу поддержки продуктивности, в рамках которой американские специалисты обучали японцев менеджменту, маркетингу и промышленной инженерии. С 1950 по 1972 год американские и японские компании заключили 12 000 соглашений о технических помощи и консультировании на общую сумму в $3,3 млрд. MITI взращивала в Японии одну индустрию за другой, без устали похищая и скупая инновации по смешным ценам. В 1982 году Кобаяси Кодзи, председатель совета директоров японского производителя электроники NEC Corporation, описывал этот процесс так: «где бы мы не находили новую технологию, мы не могли успокоиться, пока не купим ее».

Министерство разработало четкую стратегию подъема национальной экономики, и просчитало сроки, в которые нужно было «напитывать» технологиями каждую из индустрий.  В 1950-х и 1960-х в приоритете были технологии, связанные с производством стали, текстиля и бытовой электроники. В 1970-х — автомобили, станков и робототехники. А в 1980-х — уже компьютеры, полупроводники и другая сложная электроника. Каждый раз MITI следовала одинаковому плану, который начинался с создания отраслевого картеля, который консолидировал усилия регуляторов, частных и госкомпаний. Если индустрия оказывалась успешной, то картель продолжал работу на зарубежных рынках.

Все знают американские телефоны, компьютеры, самолеты и лекарства, но об американских телевизорах уже много десятилетий никто не слышал. Все потому, что молодые японские компании разгромили эту индустрию в пух и прах, как только она зародилась. В 1956 году крупнейшие японские производители телевизоров сформировали картель, который назвали «Совет по стабилизации рынка бытовой электроники». Многие его участники хорошо известны даже спустя почти 70 лет: Sony, Sharp, Toshiba, Hitachi и Matsushita (в будущем Panasonic). Участники договорились сначала выдавить иностранные фирмы с национального рынка, а затем совместно захватить и американский. В этом им потакало японское правительство в лице MITI, хотя национальный антимонопольный орган пытался вяло сопротивляться до 1961 года. Картель ограничивал цены, установил нормы прибыли компаний, а также лоббировал повышение тарифных пошлин. MITI приняло норму, по которой американские радиопроизводители могли получать прибыль в Японии, только лицензировав технологии локальным компаниям. Так на рубеже 1950-х и 1960-х японцы завладели рядом новейших разработок для черно-белого и цветного телевидения. К этому периоду японские компании сами начали создавать лидерские разработки: в 1960 году Sony выпустила первый в истории транзисторный телевизор TV8-301, а в 1963 году — первый видеомагнитофон. Участники картеля придумали хитрую и преступную схему импорта телевизоров в США. Американские импортеры-посредники закупали японские телевизоры по формальной рыночной цене, о которой отчитывались Антимонопольной службе. Но на деле японские предприятия компенсировали им значительную часть этой суммы, проводя их по графам вроде «Маркетинговых исследований» или в форме скидок за другие товары и услуги. Взамен импортеры продавали японские телевизоры задешево — их руками японцы демпинговали цены. Дешевые японские телевизоры появились почти в каждом доме, а американские пылились на полках магазинов.

С 1966 по 1970 год количество рабочих мест в телевизионной индустрии США сократилось на 50%. В период с 1971 по 1975 год — еще на 30%, а с 1977 по 1981 год — еще на 25%. Американцы заподозрили неладное слишком поздно — в 1968 году Ассоциация производителей электроники США подала петицию в Минфин, потребовав проверить ценообразование на японские телевизоры, а также разослало крупнейшим японским компаниям анкеты-опросники — но те просто проигнорировали запрос.

В 1970-х японские корпорации начали покупать американские — Matsushita приобрела телевизионное подразделение Motorola, а Sanyo поглотила Warwick Electronics, изначально лидера рынка. В 1980-х и 1990-х поглощение американских фирм стало для японцев основным способом овладения технологиями. С января 1989 г. по май 1994 г. японские корпорации купили более 452 высокотехнологичных американских компаний, в основном из областей передовых материалов, биотехнологий, электроники и производства полупроводников. Патриотичные американские авторы, такие как Пат Чоат, сетуют, что нередко таким образом японцы становились бенефициарами исследований, которые финансировались из казны США, а значит из кармана американцев. Посочувствовать им сложно — ведь ядерные бомбардировки японских городов за 50 лет до этого тоже были оплачены американским налогоплательщиком.

Конец 1980-х и начало 1990-х ознаменовались «патентными войнами» между США и Японией. В это время американские компании начали очень бдительно отслеживать, не используют ли конкуренты их технологии, и подавать на них в суд, требуя роялти. Некоторые американские предприятия требовали у японцев роялти за использование технологий в коммерчески успешных устройствах, которые были выпущены десятилетие назад. Обозреватели того времени сравнивали эту стратегию с откормом свиньи перед тем, как пустить ее на убой — чем больше на украденной технологии было заработано, тем больше можно отсудить. Так, в 1992 году суд обязал японского производителя камер Minolta выплатить американской Honeywell $96 млн за нарушение патентов при разработке автофокусной камеры, а малоизвестный американский изобретатель отсудил у Sega $33 млн за нарушение его прав на патент, зарегистрированный еще в 1975 году. Японские корпорации, многие из которых тоже патентовали и лицензировали технологии в США, стали отвечать тем же. Когда в 1989 году Motorola подала в суд на Hitachi за нарушение патента на технологию, связанную с микропроцессорами, японская компания отыскала случай, в котором Motorola тоже якобы нарушила ее патент, и подала встречный иск. В итоге оба иска были удовлетворены, но Hitachi вышла победителем, так как использовала победу по своему иску как инструмент, чтобы получить более выгодные позиции по иску Motorola против нее. Лишь в 1993-1994 году в Японии были принятые новые законы, которые приблизили модель защиты интеллектуальной собственности и трансфера технологий к западным. Принято считать, что к этому времени исчерпало себя и японское экономическое чудо — темпы роста ВВП упали почти до нуля. К  этому времени Япония стала одной из самых богатых и процветающих стран мира, и немного опережала США по ВВП на душу населения. Жесткая экономическая политика, задуманная руководителями MITI, сработала лучше, чем кто-либо мог предположить.

Япония планирует усилить на государственном уровне подготовку специалистов для отечественного IT-сектора, дефицит которых быстро нарастает. Новые инициативы правительства нацелены на то, чтобы привлечь в цифровую экономику в ближайшие 2 года не менее 110 тыс. новых кадров. Япония ощущает кадровый дефицит во всех областях цифровой экономики — от бизнес-архитекторов до аналитиков данных и специалистов по работе с ИИ. Цифровые специалисты играют ключевую роль в современной экономике, поскольку они помогают компаниям и организациям адаптироваться к быстро меняющемуся технологическому ландшафту. Они могут помочь автоматизировать бизнес-процессы, повысить их эффективность, создать новые продукты и услуги, а также защитить данные и системы от кибератак. Сейчас в IT-секторе Японии работает примерно 1 миллион специалистов. Правительство прогнозирует, что к 2026 финансовому году их дефицит составит 2,3 миллиона человек. Стране нужны бизнес-архитекторы, которые могли бы помочь компаниям внедрять цифровые технологии, а также специалисты по данным.

В июне администрация Фумои Кисиды обнародовала новый план развития экономики, названный «новым капитализмом». Одна из его целей — привлечь в цифровую индустрию 3,3 миллиона работников к концу 2026 финансового года. Всего трудовые ресурсы Японии составляют 68 миллионов человек.«Министерство экономики, торговли и промышленности, а также Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий также будут работать над подготовкой цифровых специалистов через сотрудничество между компаниями и университетами», — заявил главный секретарь кабинета министров Хирокадзу Мацуно. Япония будет аккредитовать курсы, которые обучают необходимым знаниям и навыкам. Существуют опасения относительно нехватки преподавателей, поэтому рассматривается привлечение наставников из числа практиков, которые трудятся в отечественных компаниях. Правительство также разработало план помощи тем молодым специалистам, кто уже работает в других отраслях, но хочет перейти в цифровую сферу через переобучение или повышение квалификации.

Это позволяут  Японии развивать и собственные науку и технологии, опираясь на лучшие университеты страны. Далее сосредоточимся на исследованиях и разработках за последнее время. Молекулярные биологи из Японии создали новый подход для редактирования генома, превосходящий «нобелевский» геномный редактор CRISPR/Cas9 в точности работы. Новая система NICER не требует внесения двойных разрывов в цепочку ДНК при модификации генома, что уменьшает вероятность появления случайных мутаций. Об этом сообщила пресс-служба Университета Осаки. «Геномный анализ показал, что подход NICER крайне редко порождает случайные мутации в ДНК. Нас также обрадовало то, что эта методика редактирования генома позволила восстановить нормальную работу генов, повреждение одной из копий которых приводит к развитию генетических болезней», – заявил профессор Университета Осаки Синъитиро Накада. В этом отношении, как отметил исследователь, разработка японских биологов является более эффективной и безопасной заменой геномных редакторов CRISPR/Cas9, представляющих собой модификацию бактериального «антивируса», который находит и уничтожает следы вирусной ДНК в геноме микроба. За последние десять лет ученые создали множество геномных редакторов на базе CRISPR/Cas9. Большинство этих редакторов обладает одним большим недостатком – они достаточно часто вносят случайные изменения в структуру ДНК. Это связано с тем, что для внесения изменений в геном система CRISPR/Cas9 должна полностью разрезать двойную нить ДНК, чьи половины впоследствии соединяются клеточными системами починки генома. Эта процедура не всегда проходит корректно, что ведет к появлению новых мутаций.

Профессор Накада и его коллеги обнаружили, что этих проблем можно избежать, если модифицировать фермент Cas9 таким образом, что он разрежет только одну нить в двойной спирали ДНК. Такой фермент называется никаза. Это приводит к тому, что клетка использует аналог поврежденного участка во второй копии хромосомы для восстановления целостности генома. «Каждая хромосома в нашем геноме имеет идентичную копию. Используя подход NICER, можно заставить клетки исправлять мутации, присутствующие только в одной из хромосом, при помощи аналогичных участков в копии этой хромосомы, которые будут использоваться в качестве шаблона», – пояснил первый автор работы Акико Томита. Работу этого подхода ученые проверили на человеческих клетках с одной поврежденной копией гена TK1, мутации в котором способствуют развитию рака груди. Эксперименты показали, что система NICER скорректировала ошибки в структуре TK1 в 100% случаев и при этом не вызывала никаких случайных мутаций, тогда как применение CRISPR закончилось удачно лишь в 80% случаев и при этом в ДНК 19% клеток возникли новые точечные мутации. Как считают исследователи, результаты проведенных ими опытов говорят в пользу того, что систему NICER можно применять для создания безопасных для жизни и ДНК пациентов генных терапий, которые будут нацелены на лечение генетических болезней, вызванных мутациями в одной из двух копий одного гена.

Японские ученые представили электроды для оценки электрической активности, которые точно соответствуют механическим свойствам ткани головного мозга. Новая технология решила проблемы ранее созданных гибких электродов — недолговечность и сложность в изготовлении. Электроды уже успешно протестировали в диагностике и лечении эпилепсии. Измерение активности мозга — важный метод диагностики эпилепсии и других нервно-психических расстройств. Электрокортикография (ЭКоГ) предполагает временное размещение электродов на поверхности ткани: благодаря тесному контакту с интересующей областью коры головного мозга обеспечивается качественная запись мозговой активности, а также проводится стимуляция определенных групп нейронов для достижения нужного терапевтического эффекта. Обычные электроды не соответствуют кривизне ткани и могут повышать внутримозговое давление. Уже созданные гибкие электроды более податливы, но пока им не хватает долговечности и прочности, а изготовление сопровождается рядом сложностей. Ученые из Токийского технологического института разработали новый тип тончайших гибких электродов для ЭКоГ и прямой нейронной стимуляции. Электроды, созданные из золотых наночернил, представляют собой тонкую пленку из полистирол-полибутадиен-полистирола. Эксперименты показали, что эти компоненты создают электрод, который точно соответствует форме мозговой ткани, содержащий множество неровных «гребней».

Среди других преимуществ выделяют простоту изготовления, а также отсутствие токсичности. Наблюдения за моделями крыс показали биосовместимость с тканью мозга в течение нескольких недель эксперимента. Тесты также подтвердили точность и перспективность электродов в диагностике и лечении заболеваний мозга. На примере моделей эпилепсии ученым удавалось точно измерять мозговую активность грызунов и стимулировать целевые области мозга. В настоящее время технологию продолжают совершенствовать и готовят к проведению клинических исследований. «Интеграция тончайших электродов с имплантируемым устройством может сделать его еще менее инвазивным, а также более чувствительным к аномальной электрической активности», — заявил автор работы Тошинори Фуджи. Пока ученые сосредоточатся на диагностике и лечении тяжелой формы эпилепсии.

Группа исследователей из Инженерной школы Осакского муниципального университета разработала технологию, которая может быстро и точно определять количество живых бактерий в пищевых продуктах электрохимическим путем с использованием тетразолия соли — водорастворимой молекулы. Этот метод может помочь в поддержании безопасности пищевых продуктов на предприятиях и предотвратит возможные пищевые отравления. Количество жизнеспособных бактерий — важный показатель загрязнения пищевых продуктов. Однако традиционным методам измерения требуется до двух дней для получения результатов. Это может привести к задержке в выявлении бактериального заражения и потенциально опасным последствиям. Поэтому необходимо разработать более быстрый метод тестирования, который позволит выявить возможное заражение бактериями перед отправкой продуктов с завода. Исследование было сосредоточено на использовании солей тетразолия для оценки количества живых бактерий в пищевых продуктах. Ученые обнаружили, что эти соли могут изменяться внутри живых клеток, образуя нерастворимые вещества. Они использовали электрический ток для измерения количества этих веществ и, следовательно, определения числа живых бактерий.

Во время наблюдений, проведенных в режиме реального времени, исследователи обратили внимание, что поглощение солей тетразолия бактериями происходит за 10 минут, включая небольшую задержку. Они также заметили, что результат в электрическом токе зависит от количества живых клеток, без учета конкретного вида бактерий. Исследователям удалось резко сократить время проверки с 2 дней до примерно 1 часа. Эти результаты имеют значение для контроля гигиены на предприятиях пищевой промышленности, так как позволяют быстро определить количество живых бактерий в продуктах. Технология не требует сложных операций или дорогостоящего оборудования. Ученые считают, что на основе их исследования можно разработать портативный датчик.

Классические компьютеры обрабатывают информацию благодаря электронам, которые нагреваются и требуют охлаждения и значительного расхода энергии. Спинтроника может решить эту проблему. Вместо использования потока электронов для обработки информации можно использовать их собственный кинетический момент, или спин. Команде ученых из Германии и Японии удалось в 10 раз повысить диффузию скирмионов, магнитных вихрей группы спинов. Обычно ученые имеют дело не со спинами отдельных электронов, а с магнитными вихрями, состоящими из множества спинов. Эти вихри называются скирмионами и возникают в магнитных металлических слоях. Их можно считать двухмерными квазичастицами. С одной стороны, эти вихри можно свободно перемещать действием электрического тока. С другой, они движутся хаотично и крайне эффективны благодаря диффузии. Теперь, вместе с коллегами из Университета Констанца и Университета Тохоку, ученые преодолели следующий этап к созданию нетрадиционного компьютера. Они смогли повысить диффузию скирмионов в 10 раз при помощи искусственных антиферромагнетиков, которые значительно сократили расход энергии и повысили скорость вычислений потенциального компьютера. Для создания такого антиферромагнетика искусственным образом ученые соединили два ферромагнитных слоя так, чтобы магнитные поля обоих слоев взаимно нейтрализовали друг друга. Они уменьшили их силу, сдвинув вихри и, тем самым, повысив диффузию.

Японские химики разработали основу для органометаллического катализатора на базе кобальта, способную запасать в себе рекордно высокое число электронов по сравнению с уже существующими аналогами. Создание этого материала позволит повысить эффективность кобальтовых катализаторов, сообщила пресс-служба Окинавского института науки и технологий (OIST). «Органометаллические катализаторы на базе кобальта крайне редко содержат больше 18 электронов, так как из-за этого химические связи внутри них начинают удлиняться и менять структуру. Мы смогли добавить два электрона к уже созданному нами катализатору на базе 19 электронов. Большинство коллег считало, что это невозможно, однако созданное нами соединение является стабильным и в жидкой, и в твердой форме», – заявил научный сотрудник OIST Сатоси Такебаяси, чьи слова приводит пресс-служба института. Как объясняют исследователи, для повышения активности кобальта в катализаторах его атомы «упаковывают» в специальные органические структуры, которые химики называют кобальтоценами. Они представляют собой наборы из ароматических органических молекул, между которыми спрятан ион кобальта. Электроны этих молекул играют важную часть в ускорении химических реакций под действием кобальта, что заставляет ученых максимизировать их число. Такебаяси и его коллеги смогли увеличить число этих частиц в молекулах кобальтоценов до рекордной отметки в 21 электрон в ходе опытов с созданной ими органической «упаковкой» для кобальта, похожей по форме на своеобразные клещи. Она состоит из трех соединенных друг с другом кольцеобразных молекул ароматических углеводородов, одна из которых содержит в себе атом азота. Ученым удалось подобрать такую структуру этих миниатюрных «клещей», при которой с ионом кобальта могут взаимодействовать более двух десятков носителей заряда и при этом окружающая его оболочка сохраняет стабильность в очень широком диапазоне условий. Как показали последующие опыты, новый кобальтоцен стабилен и в жидкой, и в твердой среде на протяжении длительного времени. Это делает его перспективной основой для создания нового поколения кобальтовых катализаторов, подытожили ученые.

Японские ученые впервые получили ядра кислорода-28, содержащие 20 нейтронов. Теоретически они должны быть дважды магическими и довольно долгоживущими. Однако срок существования кислорода-28 оказался настолько коротким, что даже зарегистрировать его напрямую не удалось. Похоже, современные представления об устройстве атомного ядра где-то сильно ошибаются. К таким выводам пришли Йосуке Кондо (Yosuke Kondo) и его коллеги. Японские ученые впервые получили ядра кислорода-28, содержащие 20 нейтронов. Теоретически они должны быть дважды магическими и довольно долгоживущими. Однако срок существования кислорода-28 оказался настолько коротким, что даже зарегистрировать его напрямую не удалось. Похоже, современные представления об устройстве атомного ядра где-то сильно ошибаются.К таким выводам пришли Йосуке Кондо (Yosuke Kondo) и его коллеги. Мы знаем, что электроны в атоме занимают ряд оболочек, и полностью заполненная оболочка делает его химически инертным, как благородные газы. Схожим образом может быть устроено атомное ядро: протоны и нейтроны (нуклоны) заполняют одну оболочку за другой, полностью заполненная оболочка означает большую стабильность всей конструкции. Соответствующее количество нуклонов называют «магическим числом». А уж если ядро содержит магическое количество и протонов, и нейтронов, то оно особенно устойчиво. В природе найдены пять таких дважды магических ядер, еще несколько получены искусственно. Самое распространенное из них — обычный кислород-16, включающий по восемь (магическое число) протонов и нейтронов. Теория предсказывает существование и дважды магического кислорода-28 (восемь протонов и 20 нейтронов), который также должен быть исключительно устойчив. Но на практике все оказалось не так.

Возможно, новые результаты указывают на серьезные пробелы в нашем понимании атомных ядер и создающего их сильного взаимодействия. Получить кислород-28 удалось на ускорителе Riken RI Beam Factory, который работает в исследовательском центре Нисина (Nishina) в японском городе Вако. Для этого физики разгоняли ядра кальция-48 в циклотроне и сталкивали их с бериллиевой мишенью, создавая фтор-29, содержащий те же 20 нейтронов, но на один протон больше, чем нужный изотоп кислорода. Поэтому фтор-29 отправляли дальше, прогоняя через жидкий водород, и тогда он терял протон, превращаясь в кислород-28. Вопреки ожиданиям, срок его существования оказался настолько кратким, что зарегистрировать непосредственно этот изотоп не удалось. Ученые обнаружили лишь продукты его распада: кислород-24 и четыре нейтрона. Стоит заметить, что сам кислород-24 несколько лет назад принес аналогичный сюрприз. Вопреки предсказаниям, это ядро весьма стабильно, срок его полураспада составляет более 60 миллисекунд. Иначе говоря, кислород-24 ведет себя так, словно он дважды магический, хотя в теории содержит лишь магическое число протонов, но не нейтронов.

Новые экспериментальные данные могут говорить о том, что магические числа далеко не так универсальны, как принято думать. Поэтому теперь физики планируют добраться до еще более тяжелого изотопа, кислорода-30, чтобы сравнить сроки полураспада целой серии ядер. Вероятно, эта работа подтвердит, что магические числа действительно не могут служить надежным предсказателем их стабильности, а количество нейтронов и протонов, которое делает ядро устойчивым, меняется более сложным образом.  Те же идеи, которые заставляли физиков ожидать стабильности от кислорода-28, стоят за концепцией «острова стабильности» — существования сверхтяжелых трансурановых элементов с большим сроком жизни. Их поиски идут уже не одно десятилетие, однако до сих пор без особенного успеха. Не исключено, что проблема с кислородом-28 может объяснять и трудности с достижением «острова стабильности». Мы знаем, что электроны в атоме занимают ряд оболочек, и полностью заполненная оболочка делает его химически инертным, как благородные газы. Схожим образом может быть устроено атомное ядро: протоны и нейтроны (нуклоны) заполняют одну оболочку за другой, полностью заполненная оболочка означает большую стабильность всей конструкции. Соответствующее количество нуклонов называют «магическим числом». А уж если ядро содержит магическое количество и протонов, и нейтронов, то оно особенно устойчиво.

В природе найдены пять таких дважды магических ядер, еще несколько получены искусственно. Самое распространенное из них — обычный кислород-16, включающий по восемь (магическое число) протонов и нейтронов. Теория предсказывает существование и дважды магического кислорода-28 (восемь протонов и 20 нейтронов), который также должен быть исключительно устойчив. Но на практике все оказалось не так. Возможно, новые результаты указывают на серьезные пробелы в нашем понимании атомных ядер и создающего их сильного взаимодействия. Получить кислород-28 удалось на ускорителе Riken RI Beam Factory, который работает в исследовательском центре Нисина (Nishina) в японском городе Вако. Для этого физики разгоняли ядра кальция-48 в циклотроне и сталкивали их с бериллиевой мишенью, создавая фтор-29, содержащий те же 20 нейтронов, но на один протон больше, чем нужный изотоп кислорода. Поэтому фтор-29 отправляли дальше, прогоняя через жидкий водород, и тогда он терял протон, превращаясь в кислород-28. Вопреки ожиданиям, срок его существования оказался настолько кратким, что зарегистрировать непосредственно этот изотоп не удалось. Ученые обнаружили лишь продукты его распада: кислород-24 и четыре нейтрона. Стоит заметить, что сам кислород-24 несколько лет назад принёс аналогичный сюрприз. Вопреки предсказаниям, это ядро весьма стабильно, срок его полураспада составляет более 60 миллисекунд. Иначе говоря, кислород-24 ведет себя так, словно он дважды магический, хотя в теории содержит лишь магическое число протонов, но не нейтронов. Новые экспериментальные данные могут говорить о том, что магические числа далеко не так универсальны, как принято думать. Поэтому теперь физики планируют добраться до еще более тяжелого изотопа, кислорода-30, чтобы сравнить сроки полураспада целой серии ядер. Вероятно, эта работа подтвердит, что магические числа действительно не могут служить надежным предсказателем их стабильности, а количество нейтронов и протонов, которое делает ядро устойчивым, меняется более сложным образом.  Те же идеи, которые заставляли физиков ожидать стабильности от кислорода-28, стоят за концепцией «острова стабильности» — существования сверхтяжелых трансурановых элементов с большим сроком жизни. Их поиски идут уже не одно десятилетие, однако до сих пор без особенного успеха. Не исключено, что проблема с кислородом-28 может объяснять и трудности с достижением «острова стабильности».

Ученые из Японии представили новый антикоагулянт без побочных эффектов. Особенности препарата не несут риски кровотечений, а также подходят даже беременным, поскольку не могут проникнуть через плаценту. По предварительным оценкам, новый подход в 10 раз эффективнее существующих сегодня методов лечения тромбоза. Антикоагулянты — разжижающие кровь препараты — используются для лечения многих состояний, включая сердечные приступы и COVID-19. Широко применяемый для профилактики тромбоза гепарин несет риски побочных эффектов в виде гепарин-индуцированной тромбоцитопении, поэтому ученые из Токийского университета работали над созданием безопасного антикоагулянта без рисков кровотечения или тромбоза. Ученые разработали ингибитор тромбина нового поколения, который состоит из молекул ДНК и включает блокирующий кровотечение механизм. Главная молекула препарата, способная связываться с несколькими целями одновременно, называется биспецифическим аптамером. Важно отметить, что молекулы ДНК в препарате достаточно велики, поэтому не могут преодолеть защитный барьер плаценты, что делает лекарство потенциально безопасным для плода. Благодаря использованию более коротких участков ДНК эффективность нового препарата оказалась примерно в 10 раз выше существующих сегодня аналогов, показали доклинические эксперименты. Осложнений не зарегистрировано.

Японские исследователи разработали прочный «суперклей», свойства которого можно многократно активировать и выключать с помощью света. Под воздействием электромагнитных волн с одной длиной материал «прилипает», а при облучении другими — отделяется и может быть легко удален с поверхностей.  Ключевой ингредиент материала — кофейная кислота, которая может образовывать и разрушать поперечные связи под действием света с разными длинами волн. Инженеры изготовили полимер, содержащий кофейную кислоту, нанесли его на поверхность и подвергли воздействию ультрафиолетового света с длиной волны 365 нм. В таких условиях материал формирует прочную пленку, с прочностью сцепления на сдвиг при комнатной температуре до 7,2 МПа.Когда связь деталей больше не нужна, на пленку можно воздействовать с помощью УФ-излучения с длиной волны 254 нм, которое разрушает поперечные связи и возвращает ее в исходное состояние. Такой материал не оставляет следов на поверхности и не теряет клеящих свойств, что позволяет использовать его повторно.

Иллюстрация активация и деактивация клеящих свойств материала. Изображение: NIMS

Инженеры испытали материал в серии экспериментов, включая многократное сгибание образцов и подъем груза. Например, соединенные с помощью полимера поверхности удерживали вес 40 кг в течение 72 часов без каких-либо признаков разрушения. В других испытаниях инженеры использовали клей для ремонта треснувших силиконовых трубок, а затем пропускали через них воду под высоким давлением и не обнаружили утечек. В ходе испытаний ученые продемонстрировали, что материал можно использовать даже под водой. В клей были встроены магнитные наночастицы, которые нагреваются при приложении магнитного поля, сплавляя клей с подложкой. Разработчики считают, что этот материал найдет широкий спектр применений, позволяя легче разбирать продукты на компоненты в конце их срока службы и превращать в новые продукты.

Сверхвысокочастотные акустические волны визуализируют структуры размером несколько нанометров. Исследователи из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) разработали технологию ультразвуковой визуализации с высоким разрешением. Сверхвысокочастнтные акустические волны можно использовать для поиска скрытых наноскопических дефектов в материалах. Физики использовали сверхбыстрый трансмиссионный электронный микроскоп (UTEM) для обнаружения звуковых волн, генерируемых 200-нанометровым отверстием в центре сверхтонкой кремниевой пластины. UTEM использует два лазерных луча с небольшой задержкой между ними. Один луч освещает образец, а другой генерирует ультракороткий импульс электронов в микроскопе. В серии экспериментов ученые продемонстрировали, что созданная установка обеспечивает высокое качество и точность изображения. При этом созданная установка позволяет собирать данные с пикосекундной скоростью, необходимой для наблюдения наноструктур.Схема экспериментальной установки. Лазер слева дает два луча, один взаимодействует с электронным лучом микроскопа, а другой (нижний луч) освещает образец. Фото: RIKEN Center for Emergent Matter Science

            В медицинских приборах УЗИ используются звуковые волны с длиной волны несколько миллиметров. Этого достаточно для наблюдения за внутренними органами или развитием плода. Но для исследования наноструктур длина волны должна быть существенно меньше, объясняют физики. Технологии создания таких высокочастотных звуковых волн давно известны: для их генерации в металлах и полупроводниках уже несколько десятилетий используются ультракороткие лазерные импульсы. Но обнаружить их гораздо сложнее, поскольку для этого требуется разработать детекторы, способные достигать нанометрового пространственного разрешения и фиксировать данные с пикосекундной частотой. Если мы научимся использовать звуковые волны с длиной волны около 100 нм или около того, мы сможем использовать их для проверки материалов, например, для обнаружения дефектов, – Асука Накамура, соавтор исследования из института RIKEN.

Долгое время ученые бились над идеей по выращиванию зубов в организме взрослого млекопитающего. Исследователям из Японии удалось это осуществить у различных лабораторных животных. Теперь стартуют клинические исследования с участием людей. Уже в течение нескольких лет успешные результаты исследования могут привести к одобрению инновационного лечения. По словам автора технологии Кацу Такахаси, он работал над этой идеей со студенческих времен. Многолетние эксперименты привели его команду к открытию гена USAG-1, воздействие на который может стимулировать рост новых зубов. В 2018 году экспериментальное лечение привело к успешному росту новых зубов у мышей и хорьков. Наблюдения показали, что USAG-1 взаимодействует с определенными белками, подавляя рост зубов. Блокировка этого механизма приводит к передаче сигналов белка BMP, который запускает рост новых зубов.

«Идея выращивая новых зубов — мечта каждого стоматолога. Наши исследования должны проложить путь для клинического использования нового лекарства», — прокомментировал Такахаси. В пилотных клинических исследованиях примут участие пациенты с агенезией зубов — генетическим заболеванием, при котором наблюдается отсутствие одного или нескольких зубов. Важно отметить, что в отличие от экспериментальных клеточных технологий новый подход позволяет работать с врожденными аномалиями. Старт исследований назначен на лето 2024 года. В случае успеха ученые планируют сделать терапию доступной для всех людей к 2030 году.

Исследователи разработали технологию создания уникальных QR-кодов на основе жидких кристаллов. Группа исследователей из Высшей школы инженерии Университета Нагоя разработала метод создания микроскопических сферических частиц на основе холестерических жидких кристаллов (ХЖК). Технология, вдохновленная строением панцирей жуков, подойдет для печати уникальных и безопасных QR-код для защиты товаров от подделок. ХЖК — особый тип жидких кристаллов со спиральной структурой. Они обладают уникальными оптическими характеристиками, которые позволяют им избирательно отражать свет на определенных длинах волн. Эти свойства зависят от структуры спирали. Ключевая проблема с такими частицами состоит в том, что отражаемый цвет может меняться в зависимости от ориентации наблюдателя относительно спирали. Кроме того, чем крупнее частица, тем сложнее контролировать ее свойства. Исследователи использовали метод дисперсной полимеризации для создания сферических структур размером в несколько микрометров.

В серии экспериментов исследователи продемонстрировали, что такие крошечные частицы обладают уникальным цветом, при этом он зависит от размера микросфер. Управляя диаметром, можно менять оптические свойства частиц. Кроме того, покрытие сферы специальным полимером улучшает окраску и термическую стабильность частиц. На основе таких частиц можно создавать безопасные QR-коды, которые невозможно воспроизвести и подделать. Такой код для защиты от подделок может быть создан путем комбинирования цвета сферических частиц ХЖК с различными нехиральными пигментами, которые затруднят копирование. При этом с помощью специального кругового поляризатора, который пропускает нехиральный свет, но не пропускает хиральный свет, можно будет считать готовый код.

Ученые из Riken, японского исследовательского института, представили компактный ручной сканер терагерцового диапазона, который может использоваться для неразрушающего контроля различных объектов. Этот сканер способен анализировать лекарственные препараты, осуществлять проверку грузов и обнаруживать дефекты в металлических конструкциях.

Исследователи сделали устройство компактным и уменьшили энергопотребление за счет использования особого кристалла ниобата лития. До сих пор подобные установки требовали больших помещений и значительного энергопотребления при том, что сами по себе они крайне востребованы.

Терагерцовый диапазон может проникать внутрь объектов и даже анализировать их химический состав на основе поглощения определенных длин волн. В мобильных терагерцовых сканерах крайне заинтересованы службы безопасности, поскольку они должны ускорить, упростить и сделать безопасными для персонала сканер-досмотр багажа и грузов. Японским инженерам удалось значительно уменьшить размеры и энергопотребление таких сканеров, уместив их в компактную форму.

Японские учёные разработали систему подземной навигации, которую назвали MuWNS. Её основа— мюоны, субатомные частицы, которые возникают при столкновении космического излучения с атмосферой Земли. По словам японцев, новая технология даёт возможность ориентироваться в пещерах, подвалах, вести мониторинг активности вулканов и искать людей, которые попали под завалы. Как это работает и зачем было создано?

GPS, несмотря на все свои возможности, работает не везде. Каждый из нас, вероятно, попадал в ситуацию, когда координаты не определялись — из-за высоких зданий вокруг, гор или чего-либо ещё. Под землёй или под водой GPS не работает вообще.

Зато туда проникают мюоны. На их основе уже созданы системы для изучения внутренней структуры горных пород или сооружений вроде египетских пирамид.

«Мюоны всегда движутся с одной и той же скоростью, независимо от того, через какую материю они проходят, горную породу или стену здания, — сказал соавтор Хироюки Танака (Hiroyuki Tanaka) из Токийского университета в Японии. – Используя мюоны, мы разработали новый тип системы геопозиционирования, который назвали мюометрической системой позиционирования (muPS). Она работает под землей, в помещении и под водой».

Технологию японцев нельзя назвать новой — мюоны использовали и раньше. Например, для определения нелегального провоза радиоактивных материалов через границу, мониторинга вулканической деятельности или обнаружения культурных артефактов прошлых эпох. Например, именно при помощи мюонов археологи смогли обнаружить руины сооружений майя в Белизе.

В 2016 году археологи при помощи портативной мюонной системы смогли обнаружить скрытый коридор за блоками на северной стороне Великой пирамиды в Гизе, Египет. Кроме того, используя ту же систему, та же команда нашла пустоту в другом месте пирамиды. Как оказалось, это внутреннее помещение, которое могло бы остаться ненайденным, если бы не новая технология. В 2023 году учёные применили мюонный детектор для обнаружения скрытой камеры в руинах древнего некрополя Неаполя, который находится на глубине в 10 метров.

Детекторы мюонов обычно состоят из камер, наполненных газом. Мюоны, сталкиваясь с молекулами газа, испускают фотоны, которые и регистрируются детектором. По количеству фотонов учёные рассчитывают энергию и траекторию движения частицы. Система навигации, созданная учеными из Токио, состоит из четырёх детекторов на поверхности и одного детектора под землей. Детекторы регистрируют прохождение мюонов, определяя относительное положение подземного детектора по времени регистрации и направлению движения частиц. Для синхронизации детекторов используются высокоточные часы.

Вся эта система — не просто теория. Она уже существует и даже проверена в работе. Впервые ученые протестировали её в 2021 году для определения приливных условий в Токийском заливе. Они разместили 10 мюонных детекторов в служебном туннеле под заливом, который находится примерно на 45 метров ниже уровня моря. Им удалось создать «фотографию» моря над туннелем с разрешением, достаточным, чтобы можно было говорить о демонстрации способности системы обнаруживать сильные штормовые волны или цунами. В 2022 году учёные при помощи мюонных детекторов зафиксировали подробную структуру циклона, который привел к появлению тайфуна, обрушившегося на Японию с юга. Это был тест, но он показал, что мюонная система дает возможность значительно улучшить прогнозирование появления тайфунов и вообще динамику погодных условий в определённом регионе.

В ранних тестах детекторы и приемник были соединены проводами, что ограничивало возможности системы. Сейчас её улучшили, сделав беспроводной, что дало возможность увеличить масштаб применения MuWNS. В новом тесте, проведённом недавно, наземные станции были размещены на шестом этаже здания. А оператор с приёмником ходил по коридорам подвала. Как оказалось, MuWNS работает с точностью от 2 до 25 метров с дальностью до 100 метров. По словам учёных, результат оправдал ожидания: система работает одинаково хорошо, если не лучше, чем подземные системы GPS-позиционирования. Сейчас систему дорабатывают с тем, чтобы точность была улучшена до 1 метра, после чего можно создавать уже прикладные системы, которые могут использоваться для решения заявленных выше задач. В будущем эту технологию можно будет использовать и для навигации роботов, которые работают под землей или под водой, а также для управления автономными транспортными средствами в зонах, где сигнал GPS очень слабый. Кроме того, японцы планируют создать на базе своей системы чип, который можно было бы интегрировать в мобильные телефоны и другие электронные устройства

Для того, чтобы солнечная или ветровая энергетика становилась более эффективными, а электрический транспорт — популярнее, необходимы инновации в технологии аккумулирования энергии. Современные методы вроде литий-ионных батарей не идеальны: они долго заряжаются, а проблемы с электролитом снижают срок службы. Одной из альтернатив считаются диэлектрические конденсаторы. Исследовательская группа японских ученых собрала из нанолистов устройство с наивысшим показателем накопления энергии из созданных до сих пор. Конденсаторы состоят из тонких слоев металлических электродов, разделенных диэлектрической пленкой. Диэлектрики накапливают энергии в результате процесса поляризации. Когда на конденсатор воздействует электрическое поле, положительные заряды движутся к отрицательному электроду, а отрицательные — к положительному. Накопление электрической энергии зависит от поляризации диэлектрической пленки под действием внешнего электрического поля.

Диэлектрические конденсаторы имеют множество преимуществ, например, заряжаются за пару секунд, долго служат и обладают высокой плотностью энерговыделения. Однако плотность энергии современных диэлектриков существенно ниже современных потребностей. Это не позволяет им соперничать с другими типами накопителей энергии. Ключ к решению этой проблемы — воздействие на диэлектрический материал как можно более сильным электрическим полем. Для того чтобы найти материал, способный работать с таким полем, ученые использовали слои нанопленки из кальция, соды, ниобия и кислорода с перовскитовой кристаллической структурой. Она характерна превосходными диэлектрическими свойствами, в частности, высокой поляризацией. Результаты экспериментов показали, что такая конструкция выдерживает достаточно высокие электрические поля и преобразует их в электростатическую энергию без потерь, достигая наивысшей плотности энергии из зарегистрированных — на 1–2 порядка выше, чем у имеющихся аналогов. Кроме того, диэлектрические наноконденсаторы они сохраняют стабильность на протяжении множества циклов и продолжают надежно работать при температуре до 300 °C.

В Японии инженеры-роботехники разработали необычное устройство в виде нескольких рук, которые крепятся к спине человека с помощью специальных лямок и напоминают руки Доктора Осьминога из комиксов о Человеке-пауке. «Гибкие руки», или «танцующих киборгов», создала команда ученых из Токийского университета во главе с Масахико Инами. В интервью Reuters ученый рассказал, что, создавая роборуки, он основывался на идее «дзидзай» — этот японский термин означает автономию и свободу делать все что угодно. Инженеры поставили перед собой цель сделать устройство для улучшения возможностей человека. Экзопротезы уже выпустила японская компания Jizai, работающая в последнее время над проектом цифрового киборга — «свободного тела», в котором в полной мере используют носимые технологии, робототехнику и технологии управления.

Инженеры Университета Маккуори разработали новый вид оптического волокна, совместимый с существующей инфраструктурой, который позволяет передавать данные с рекордно высокой скоростью. Международная группа исследователей установила новый рекорд скорости передачи данных с помощью стандартного для отрасли оптического волокна. В серии экспериментов они достигли скорости в 1,7 Пбит/с (1 700 000 Гбит/с) при передаче данных по кабелю длиной 67 км. Волокно, содержащее 19 жил, по каждой из которых может передаваться сигнал, соответствует мировым стандартам. Это значит, что его можно будет внедрить без значительных изменений инфраструктуры. Исследователи разработали стеклянный чип с волноводным рисунком, выгравированным на нем с помощью технологии 3D-лазерной печати. Это позволяет подавать сигналы в 19 отдельных жил волокна одновременно с равномерными низкими потерями. В отличие от альтернативных технологий такой подход позволяет избежать потери света и использует меньше цифровой обработки, что значительно снижает мощность, необходимую для передачи одного бита.

Большинство современных оптических волокон имеют толщину 125 микрон и одну сердцевину, по которой передаются несколько световых сигналов. Это означает, что ее скорость ограничена несколькими Тбит/с из-за интерференции между сигналами, объясняют разработчики. Хотя толщину существующих волокон можно увеличить, такие структуры будут менее гибкими, а их внедрение станет дорогостоящим из-за необходимости изменения всей инфраструктуры. Технически это не самая высокая скорость передачи данных из когда-либо зарегистрированных — скандинавские исследователи достигли 1,84 Пбит/с в 2022 году. Но новая технология, как полагают разработчики, ближе к внедрению, поскольку использует стандартный диаметр кабеля и не требует существенной модернизации инфраструктуры.

Инженеры усовершенствовали технологию флуоресцентной микроскопии одиночных молекул, чтобы отслеживать движения молекул внутри клеток. Исследователи из Японии разработали самую быструю в мире камеру для флуоресцентной микроскопии одиночных молекул. Устройство фиксирует местоположение молекулы с прикрепленной меткой каждые 33 мкс с точностью до 34 нм или каждые 100 мкс с точностью до 20 нм. Микроскопия одиночных молекул использует флуоресцентную молекулу в качестве репортерной метки, которая может связываться с интересующими молекулами в клетке и показывать, где они находятся, как перемещаются и связываются друг с другом. Исследователям удалось ускорить сбор данных о местоположении такой молекулы в тысячу раз по сравнению с классическими камерами. «Теперь мы можем наблюдать, как отдельные молекулы танцуют внутри живых клеток, как будто мы смотрим балетное представление в театре», — говорит Такахиро Фудзивара, соавтор исследования.

Предыдущие наблюдения он сравнивает с танцем, от которого остались только редкие фотографии, а все что происходило в промежутке между ними приходится додумывать. Кроме того, камера, разработанная исследователями, значительно улучшила временное разрешение предыдущего метода флуоресцентной микроскопии, который был награжден Нобелевской премией по химии в 2014 году. В этом методе положения отдельных молекул записываются в виде маленьких точек примерно 20 нм, в конечном итоге образуя изображения. Недостаток такого подхода в том, что создание изображение требовало времени более 10 мин, и поэтому образцы должны были быть химически зафиксированы мертвыми клетками. С помощью сверхбыстрой камеры изображение может быть сформировано за 10 с, что примерно в 60 раз быстрее и позволяет наблюдать за живыми клетками, отмечают ученые.

Японская компания N-Ark представила проект плавучего города, рассчитанного на пребывание 40 тыс. человек. Из них 10 тыс. смогут быть его постоянными жителями. Городу Догэн будет не страшен подъем уровня мирового океана, так как вся его инфраструктура спроектирована полностью автономной и самодостаточной — от выработки энергии до обеспечения жителей едой и водой. У города будет даже собственная стартовая площадка для запуска и приема грузовых и пассажирских ракет. Не ясно пока только, сможет ли город противостоять цунами. Город Догэн будет иметь радиус 1,58 км и длину внешнего периметра 4 км. Он проектирован так, чтобы предоставить жилье и работу для примерно 10 000 постоянных жителей, а также рассчитан на прием до 30 000 туристов. Его круглая форма спроектирована так, чтобы выдерживать сильное волнение окружающего моря и даже противостоять удару цунами. Проект будет разделен на три отдельные области: так называемое обитаемое кольцо, включающее в себя основную жилую зону, подводный центр обработки данных, который будет естественным образом охлаждаться морем и содержать центры управления городом и медицинские исследовательские центры, а также плавучую архитектуру внутри искусственной бухты, созданной кольцеобразной конструкцией. Предполагается обилие зеленых насаждений, плантации по выращиванию продуктов, школы, спортивные площадки, больницы, парки, стадионы, гостиницы и офисы. Кроме того, в N-Ark считают возможным размещение сразу за периметром города стартовой и посадочной площадки для ракет. Японцы явно верят в то, что проект Starship рано или поздно полетит и будет доставлять грузы не только на орбиту или Луну, но и в пределах Земли, как это обещал Илон Маск. При этот тот же Маск считает необходимым вынесение стартовых комплексов Starship в море как минимум на 30 км, чтобы минимизировать негативное воздействие старта тяжелых ракет на населенные районы побережья. Компания N-Ark считает, что город-остров будет потреблять всего около 2 миллионов литров питьевой воды в год, что довольно скромно. При этом он будет ежегодно производить 3 288 тонн отходов, которые нужно будет либо куда-то вывозить, либо как-то утилизировать — этот вопрос пока детально не проработан. Собственные мощности позволят производить в Догэне почти 7000 тонн продуктов питания и вырабатывать 22,2 ГВт электроэнергии. Выработка энергии будет комплексной — солнечные панели, ветряки и турбины, использующие подводные течения. Детали того, как плавучий город будет функционировать, на данном этапе невелики, хотя компания достаточно подробно проработала отдельные вопросы, например, устройство внешнего периметра, обеспечение его плавучести и функциональности. Какими могут быть вложения в подобный проект в компании N-Ark не раскрывают, но утверждают, что, если проект заинтересует потенциальных инвесторов, плавучий город может стать реальностью уже к 2030 году.

Две группы химиков одновременно сообщили о синтезе двухцепочечных органических ремней с топологией ленты Мебиуса. Химики из Японии разработали метод энантиоселективного синтеза скрученных ремней с помощью хирального родиевого катализатора. А их коллеги из Сингапура, Китая и Японии сообщили о первом синтезе полностью сопряженного трижды скрученного мебиусовского ремня. Из-за своей геометрии циклические молекулы с топологией Мебиуса обладают большой энергией напряжения — и поэтому их сложно синтезировать. Если в одной и той же реакции может получиться обычная циклическая молекула или мебиусовская лента — основным продуктом всегда будет простой цикл без скручиваний. Это еще более характерно для сопряженных молекулярных ремней, в которых сопряженные двойные связи предпочитают быть в одной плоскости, а не скручиваться. Несмотря на эти трудности, химики уже научились синтезировать полностью сопряженные молекулярные цепочки и ремни с мебиусовской топологией. Но примеров многократно скрученных мебиусовских ремней с полностью сопряженной системой связей не было известно до сих пор.

О синтезе такого вещества недавно рассказали химики под руководством У Цзи Шаня (Wu Jishan) из Национального университета Сингапура. Они провели реакцию Судзуки с двумя ациклическими исходниками, а получившуюся скрученную цепочку замкнули в ремень. В результате с выходом в 28 процентов образовался трижды скрученный углеродный ремень с топологией Мебиуса, причем все ароматические кольца в его структуре оказались сопряженными друг с другом. Затем полученное вещество авторы статьи разделили на два оптических изомера с помощью жидкостной хроматографии с хиральным сорбентом.

Схема последней реакции в синтезе трижды скрученного мебиусовского ремня / Wei Fan et al. / Nature Synthesis, 2023

Другая группа химиков под руководством Кена Танаки (Ken Tanaka) из Токийского технологического института занялась схожей проблемой. Ученые решили найти способ получать мебиусовские ремни в виде одного оптического изомера — то есть, энантиселективно. Для этого они решили использовать реакцию тримеризации, катализируемую фосфиновыми комплексами родия. Химики взяли комплекс родия с хиральным фосфином и смешали его с несколькими предварительно полученными циклическими полиинами — молекулами с несколькими тройными связями в структуре. В результате замыкания циклов в этих реакциях образовались углеродные ремни с разным количеством и конфигурацией скручиваний. Так, энантиомерный избыток в синтезе трижды скрученного мебиусовского ремня составил 86 процентов. А в синтезе дважды скрученного немебиусовского ремня — 96 процентов.

Общая схема синтеза ремней с применением хирального катализатора / Juntaro Nogami et al. / Nature Synthesis, 2023

В результате одна группа химиков впервые получила трижды скрученный полностью сопряженный молекулярный ремень, а вторая — разработала общий метод энантиоселективного синтеза молекулярных ремней с разной топологией и составом. Эти открытия помогут другим группам химиков синтезировать молекулярные ремни с заданными оптическими свойствами.

Команда японских ученых разработала новую технологию быстрого производства нанопленки из двухмерных материалов толщиной несколько нанометров. Она позволяет формировать высококачественные листы наноматериалов не обладая высокой квалификацией, одним нажатием кнопки. Невидимые невооруженным взглядом наноматериалы обладают большим потенциалом в электронике, катализе, накоплении энергии и биомедицине. Из графена и неорганических материалов изготавливают и тестируют наноразмерные устройства для солнечных элементов и батарей с интересными свойствами. Однако современная технология производства тонких пленок требует сложных операций и квалифицированного персонала. Кроме того, на изготовление одного слоя уходит около часа.

Специалисты из Университета Осаки и Нагойского университета разработали новый технологический процесс. Благодаря автоматизации, нанолисты изготавливаются примерно за минуту, после того как одна капля коллоидного раствора попадает на раскаленную подложку. Затем происходит аспирация и удаление жидкости. В результате получается однослойная пленка без разрывов. Уменьшение поверхностного натяжения коллоидального водного раствора и усиление конвекции нанолистов смогли снизить дефекты, возникающие при их производстве, и позволили эффективнее управлять процессом. Аккуратное повторение операции получения однослойной пленки обеспечило возможность послойной сборки многослойных пленок с контролируемой толщиной. «Разработанный недавно метод может стать важной технологией промышленного тонкопленочного производства и метода нанесения нанопокрытий, потому что он простой, быстрый и требует всего лишь немного раствора для получения высококачественной, широкой пленки с аккуратной мозаичной структурой», — сказал профессор Осада Минору, один из исследователей.

Исследователи из Университета Китакюсю в Японии разработали технологию для переработки отходов в виде одноразовых подгузников для использования в качестве дешевого строительного материала. Измельченный мусор может заменять песок в бетоне и других растворах, используемых при строительстве, без значительного снижения прочности. Исследователи приготовили образцы бетона и раствора, смешав промытые, высушенные и измельченные подгузники с цементом, песком, гравием и водой. Затем эти образцы оставляли на 28 дней, чтобы они отвердели. Ученые протестировали шесть образцов, содержащих различные пропорции отходов подгузников, чтобы измерить, какое давление они могут выдержать, не сломавшись. Для демонстрации возможностей технологии инженеры рассчитали максимальную долю песка, который можно заменить одноразовыми подгузниками в отдельных строительных материалах, необходимых для строительства дома площадью 36 м². При расчетах они учитывали строительные стандарты и ограничения на прочность материалов.          Анализ показал, что отходы из подгузников могут заменить до 10% песка в бетоне, используемом для формирования колонн и балок в трехэтажном доме. Эта доля увеличилась до 27% песка в смесях для строительства колонн и балок в одноэтажном доме. При создании перегородок можно заменять до 40% песка, а в смесях для полов — 9%. В среднем, для дома площадью 36 м² отходы могут заменить до 8% песка, для этого потребуется около 1,7 м³ подгузников. Одноразовые подгузники обычно изготавливаются из древесной массы, хлопка, вискозы и пластмасс, таких как полиэстер, полиэтилен и полипропилен. После использования большая часть подгузников вывозится на свалку или сжигается. Исследователи отмечают, что для использования в качестве альтернативного материала отходов из подгузников не потребуется существенное изменение технологических процессов при строительстве.

Отличительной особенностью Японской науки является её определённая техническая направленность, что приводит к сотрудничеству бизнес корпораций с университетами к разработке и внедрению новых технологий и материалов.