见见这个小组:头脑和混凝土

又到了科学节目的时间了!克里斯·史密斯会见了剑桥大学认知神经科学家邓肯·阿斯特尔、剑桥大学食品安全专家纳迪亚·拉德兹曼、剑桥大学工程师利维娅·苏扎和技术专家彼得·考利……

Chris -现在和我一起来解决本周的问题是;邓肯·阿斯特尔是剑桥大学的认知神经科学家。坐在他面前的是一件非常有趣的事情。你在那儿干什么，邓肯?

邓肯:是的。让我给你描述一下。所以它看起来像一个微小的大脑雕塑。

克里斯-看起来像松露。

邓肯-它可能看起来像松露，或者核桃。

克里斯-是的。

邓肯-它大约一英寸半长，大约一英寸宽。它很重，我要把它递给我旁边的人，让他拿着它。所以它看起来像一个小雕塑，但实际上不是。这是一个真正的3D打印大脑。

克里斯-什么?

邓肯-那是我实验室里一个研究员的大脑。

克里斯:真的那么小吗?

邓肯:和真人一样大!不，它不是真人大小。那个笑话我跟他开过很多次了。

克里斯-他或她叫什么名字?

邓肯-所以这是埃德温的大脑

克里斯-那他也很有天赋，埃德温，不是吗，至少从认知上来说?

邓肯-他是个聪明人。实际上，它应该是3倍半大。

Chris -是的

邓肯-因为那是他真正的大脑。它很重，因为它是由钢和青铜合金制成的。在我们的科室，我们对他的大脑进行了核磁共振成像扫描。我们实验室里每个人都有，然后有一家公司，你可以把它们寄给他们，他们会为你渲染，然后他们会为你打印出不同类型的物质。

克里斯-你是说你给实验室的每个人都准备了这个吗?这是加入你的小组的标准吗?你必须扫描你的大脑，然后做一个3D模型，以确保你有一个。

Duncan—这更像是一个纳入标准，他们是否愿意参与我们所做的所有研究实验，因此我们最终对所有实验室成员进行了大量的脑部扫描。

Chris:你这么说很有意思，因为这一切都有严肃的一面，不是吗?事实上，以前研究神经解剖学，你必须把大脑从某个东西中取出来，而现在我们的扫描技术非常好，就像那个可能导致模型创建的扫描一样，你可以把大脑从某个东西中取出来，而不需要把它的大脑取出来。然后你就可以在你面前研究这些东西，而不必伤害任何东西。

邓肯:是的，这基本上是革命性的改变了我们对大脑的看法和研究方式。这是三特斯拉扫描仪的图像。这就是磁铁的强度，但在剑桥我们有一个7特斯拉的扫描仪，这是一个非常强大的磁铁。这意味着你可以通过观察脑神经解剖学的细节，变得越来越复杂。例如，有了7特斯拉，人们甚至开始认为你可以看到大脑中不同的细胞层。就是这么复杂。

克里斯-太棒了谢谢邓肯给我们介绍这个。当我看到猎鹰管时，我总是很担心。当医生说给我一个样本时，你就会往这些东西里尿。但我相信Nadia Radzman她是剑桥大学的食品安全和植物科学家专家，这不是你带来红色顶部管子的原因，那里面是什么?给你。

纳迪娅:不，这些是一种叫“短鞭草”的植物的种子。

克里斯- Medicago?

纳迪亚:是的。这是一个模型豆科植物，我们在实验室里用它来研究根瘤的形成，这些根瘤是在根部形成的，它们是全球性的结构。它们是与土壤细菌结合形成的。因此，土壤细菌将被安置在这些根瘤中，而细菌将固定空气中的氮并形成铵，这对植物来说是可利用的，而植物将碳作为营养物质提供给细菌。所以这是一个双赢的局面。

克里斯-所以这是交换?

纳迪亚:是的。

Chris -所以植物长出这些根瘤，为微生物提供了一个随时可用的食物，微生物被吸收到这些根瘤中，在那里它们带来了生物化学物质，说我可以从空气中获取氮，让你作为植物使用，只作为肥料。
纳迪娅:所以它们就像是小型工厂，植物的小型氮肥工厂。

克里斯-你为什么要研究这个?我的意思是，你的设想是，如果我们能找出一种我们不想吃的植物，或者我们不想一直这样做的植物，我们能让我们想吃的植物也这样做吗，然后我们就不需要肥料了。

娜迪亚:是的，我所在的实验室，我们想知道豆类是如何形成这些结节的，如果我们知道确切的过程，这就是它是如何完成的，那么我们就有可能把它转移到像小麦这样的东西上。

克里斯:这一点很重要，因为现在我们正在向田地里倾倒大量的化肥来养活不断增长的世界人口，如果我们没有化肥，这个世界就无法养活自己。可以这么说，不是吗?

纳迪亚-是的。这也是很有趣的。所以豆科植物可以形成这些结核，并在环境温度下固定氮但是如果我们要生产氮肥，我们需要高温和高压。这就需要大量的化石燃料。

克里斯:所以它的碳足迹很大，不是吗?谢谢纳迪亚。所以你现在可以理解食品安全的角度了。在Nadia旁边的是项目常客，技术专家，我想你可以说是专家，还有天使投资人Peter Cowley。现在他总是带来一些新奇的玩意但他拒绝告诉我们他要展示的新奇玩意是什么，当他说我要带来一些让你们惊叹的东西时。你有什么发现?

彼得:好吧，它就在我面前，我最好先描述一下。我经常带着它去参加晚宴，问人们它是什么。你可以在演播室里看到。它大约是一立方厘米，大约1.5厘米长，大约7.5毫米长，5毫米长。它是由一小块陶瓷制成的，里面有大约100个陶瓷金字塔。这一点用都没有，对吧?

克里斯-不完全是。

彼得，看起来像是烧焦了，这是一个很好的理由。现在你得回想一下，可能很多听众都不记得了，第二次世界大战中V1炸弹，曾经飞过我们的上空，当声音响起时，它们就会坠毁，因此造成了很多伤亡。那是脉冲喷气发动机。所以它基本上就像一个风琴管，在那里被点燃，它们排出的气体把下一个燃料拉进来，然后点燃，以此类推，这大约是40或50赫兹。这显然是超声波。所以它以30千赫兹的频率运行。

克里斯，里面有什么?你是说那是个迷你火箭引擎吗?

彼得:没错。是的。它的发明者是一个叫比尔·登的人，他住在大谢尔福德，就在剑桥以南，离剑桥大约5英里。他在自己的棚子里做，2012年我差点就投资了。他的主要问题，实际上我面前有最终报告，就是点火问题，但我不止一次去过那个棚屋，他就是在那里点火的。一个复杂的方法。

克里斯-所以你往里面喷燃料和空气?

彼得:是的，他的计算结果是，这相当于一个两升的汽车引擎，但效率是两倍。真是难以置信。

克里斯-问题是你如何提取能量?它只是以极高的速度喷出的气流，这就是推力?

彼得:这是推力。这是一个喷气发动机，没错。

克里斯-天哪。它去哪儿了吗?

彼得——我不这么认为。我觉得还没有通过。我查了公司的房子，公司目前处于休眠状态。所以它背后的想法，这个应用很有趣，就像把一个喷气发动机放在飞机机翼的后缘这样你就不会有那个东西了。基本上就是这一行。这里有一个更长的大概相当于6升汽油发动机，大约3厘米长。流体动力学可能不起作用，因为分子的大小，如果你认为燃料和空气分子有一定的大小。你怎么能把它们缩小到那么大，然后你看到它产生了推力，他很笨拙地点燃了它，但是我认为它吸收了丙烷气体，并产生了推力，你可以看到。这就是我带来的东西，因为它太神奇了。但我们希望像赫尔曼·豪泽这样的人，你们可能知道他来自剑桥，他投资了这个项目，但我没有。

克里斯-我们得让赫尔曼接电话，问问进展如何。我是说邓肯被打动了。

邓肯-它基本上就像一个小小的乐高盒子。

克里斯-是的。这是一个很好的说法。能造出一个两升的引擎真是太聪明了。这是惊人的。

彼得-我们应该在推特上发一张照片。

Chris -谢谢你的介绍Peter，现在坐在我旁边的是Lívia Souza她现在是一名土木工程师。她也是一名原班出身的化学家。她是剑桥大学研究自我修复混凝土的小组的一员，听起来很了不起，为什么我们需要自我修复混凝土，它是如何工作的?

Lívia -是的，我们需要它，因为我们现在所拥有的混凝土结构的维修和维护会产生大量的二氧化碳排放。所以我们的想法是，当混凝土出现裂缝时，如果裂缝可以在没有任何外部干预的情况下自我修复，我们所做的就是

克里斯:哦，这就是你的节目了，你面前有一个看起来像血液样本的东西，一大锅东西!那锅里到底是什么?看起来像果冻

Lívia -因为它是红色的!这些是微胶囊。它们是液态的，因为它们有一个非常有趣的特性，当它们潮湿时，它们的延展性很强。它们很软，像橡胶一样，干燥后很脆。所以我们把它作为一种特性，因为我们可以很容易地把这些微胶囊和混凝土混合，它们很有弹性。

克里斯-这是在你做混凝土的时候，当它是液体的时候，所以你在做混凝土的时候会加入一些这种物质吗?

Lívia -是的，值得一提的是，他们非常小。虽然这些有点大，所以你可以看到它们，但我们实际上在实验室里生产的是非常非常小的，100微米，200微米，大小

克里斯:这是十分之一毫米到五分之一毫米，这些胶囊非常非常小。胶囊里有什么?这其中的化学成分是什么?

Lívia -所以我们的想法是，我们将它们与混凝土混合，然后当混凝土沉淀干燥时，当混凝土出现裂缝时，裂缝会打开胶囊，释放出愈合剂。

克里斯-那治疗剂是什么?里面有什么?

Lívia -这种愈合剂可以是聚合物材料，如环氧树脂，也可以是矿物质，如硅酸钠，或胶体二氧化硅，可以形成愈合产品，或者有趣的是，它可以是细菌。

克里斯-问题是，这对我们现在铺设的混凝土很有帮助。但显然对于已经在那里的建筑来说。不太好。或者你能把它注入已经受伤的混凝土中，让它在那里愈合吗?

Lívia -这项技术是如此的新颖和有趣，我们正在思考如何使用它，其中一种方法是修复已经存在的结构。一个很好的例子是在荷兰，那里有一个巨大的停车场，他们有渗透，因为裂缝而破坏了整个结构。所以他们决定用细菌在整个结构上喷洒这种自我修复技术，它会自我修复，希望将来它也能自动修复。

Chris -是的，如果你有一个非常丑陋的住宅小区，情况可能会很糟糕，尽管你很想摔倒，但你正在使用自我修复的混凝土，这可能意味着它是一个怪物，比我们想要的时间长得多，不是吗?

Lívia -那太糟糕了!