Структурный анализ систем - [27]

.

5.30. Пример 9.42. 3D-печать хряща из стволовых клеток

Учeные из Университета Мельбурна разработали технологию создания искусственной хрящевой ткани с помощью стволовых клеток и 3D-принтера. Печать можно производить прямо во время хирургической операции, «ремонтируя» поврежденные суставы.

Используется искусственная ткань, более похожая на естественную. Структура имплантата корректируется в реальном времени прямо во время операции. Для этого используется портативный 3D-принтер.

Печать происходит методом экструзии. Стволовые клетки пациента внедряются в «чернила» из метакрилата желатина и метакрилата гиалуроновой кислоты (оба материала давно используются в медицине). После того как гель примет форму, идеально подходящую для коррекции конкретного дефекта, его облучают ультрафиолетом.

В результате начинаются химические реакции, в ходе которых материал приобретает механические свойства натурального хряща. Эта технология уже была испытана на овцах. Кроме того, исследователи проверили качество получаемой ткани в лаборатории. Для этого они взяли из подкожной ткани доноров мезенхимальные стволовые клетки.

Стволовые клетки этого вида могут превратиться в «кирпичики» кости, хряща, мышц или жировой ткани (отметим, что порой такое многообразие негативно сказывается на результатах, и ученым приходится искать более узкоспециализированных кандидатов). Эти клетки они добавили в «чернила» вместе с химическими стимуляторами, побуждающими их стать именно клетками хряща.

После этого исследователи напечатали искусственную ткань и восемь недель выращивали ее «в пробирке». По истечении этого срока образцы подверглись самому тщательному анализу. Их изучали с помощью оптических и атомно-силовых микроскопов, проверяли взаимодействие с электромагнитным излучением, анализировали экспрессию генов, тестировали иммуногистологическими методами, выясняли механические свойства и так далее.

Все тесты показали отличное соответствие естественной хрящевой ткани человека59.

5.31. Пример 9.43. Видеть сквозь стены

Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представили систему, использующую для слежки окружающие сигналы Wi-Fi и обычный смартфон.

Для радиосигналов не существует дверей или стен. Они смешиваются, отражаясь от различных поверхностей, и с точки зрения Wi-Fi картина мира выглядит весьма смазанной. Люди также отражают сигналы, однако, в отличие от статичных предметов, они не выглядят смазанными. Поэтому если смотреть на мир глазами беспроводных сигналов, можно легко рассмотреть человека за стеной и определить его движения.

Для слежки за человеком за стеной исследователи сначала определили местоположение передатчика Wi-Fi путем измерения силы сигнала вокруг атакуемого дома с помощью смартфона. Если внутри дома ничего не движется, сигнал остается неизменным. Однако малейшее движение меняет сигнал, причем каждое движение делает это по-своему.

Если в обычной комнате есть более двух источников сигнала, разработанная исследователями система обнаруживала присутствие и движение людей с точностью 99%60.

6. Решите задачи, используя вепольный анализ.

6.1. Задача 9.1. Золотая цепочка

Условие задачи

На ювелирном заводе звенья золотой цепочки паяют на станках-автоматах. Такие цепочки очень прочны: даже самую тонкую и изящную цепочку разорвать руками не получается. Такая цепочка может стать «удавкой» для еего обладателяей (например, во время ограбления или в иных случаях).

Как быть?

6.2. Задача 9.2. Извлечение запрессованной втулки

Условия задачи

В деталь «А» прочно запрессована втулка «Б», в которую входит металлический стержень «В» (рис. 9.9)61.

Как извлечь втулку «Б», используя простейшие инструменты, например молоток?

Рис. 9.9. Извлечение запрессованной втулки

6.3. Задача 9.3. Грелка

Условия задачи

Грелка (рис. 9.10), в которую только что налит кипяток, может обжечь больного.

Как быть?

Рис. 9.10. Грелка

6.4. Задача 9.4. Абразивная обработка

Условие задачи

Аппарат для абразивной обработки деталей сложной формы представляет собой коаксиально расположенные две трубы. По внутренней трубе движется воздух, а по наружной — частицы абразива. На конце наружной трубы расположено сопло, формирующее струю абразива (рис. 9.11). Сопло быстро изнашивается и его приходится менять. Как сделать не изнашиваемое сопло?

Рис. 9.11. Аппарат для абразивной обработки деталей А-А — разрез коаксиальных труб; Б-Б — разрез сопла.

Обычно стараются сопло делать из более износостойких материалов, но даже они изнашиваются, а стоимость таких материалов значительно больше.

6.5. Задача 9.5. Упаковка изделий

Условия задачи

Известен способ упаковки и консервации изделий путем окунания их в расплав полимера (рис. 9.12). Снимать такую упаковку с изделий со сложнорельефной поверхностью достаточно тяжело. Приходится ее разрезать, что может привести к порче поверхности изделия.

Как быть?

Рис. 9.12. Упаковка изделий со сложнорельефной поверхностью

6.6. Задача 9.6. Опоры мостов

Условия задачи

Быки (опоры) мостов в зимнее время покрываются льдом и постепенно разрушаются. Вода попадает в трещины быков, при замерзании лед расширяется и откалывает куски.