Een dwarslaesie kan de communicatie tussen de hersenen en het gebied van het ruggenmerg dat het lopen veroorzaakt, verbreken, wat tot permanente verlamming kan leiden. Om deze communicatie te herstellen ontwikkelde het team een interface tussen de hersenen en de wervelkolom, bestaande uit twee implanteerbare systemen: één om de corticale activiteit te registreren en het andere om het gebied van het ruggenmerg dat de beenbeweging regelt elektrisch te stimuleren.
Om signalen van de hersenen te monitoren, wordt een 64-kanaals raster van elektroden geïmplanteerd in de hersenen van de deelnemer in gebieden die reageren op de intentie om de onderste ledematen te bewegen. Een op kunstmatige intelligentie gebaseerd algoritme decodeert deze hersensignalen vervolgens in realtime, om de motorische bedoelingen van de gebruiker te voorspellen, en zet deze om in stimulatiecommando's om de beenspieren te activeren.
Het tweede apparaat is een neurostimulator die is aangesloten op een reeks elektroden en die wordt geïmplanteerd in het gebied van het ruggenmerg dat de beenbeweging regelt. Dit apparaat levert de benodigde elektrische stimulatie om de beenspieren te activeren – waardoor in feite een digitale brug ontstaat tussen de hersenen en het ruggenmerg. Het hele systeem werkt draadloos, waardoor een gebruiker zich zelfstandig kan verplaatsen.
Het team testte het systeem bij een 38-jarige man met een dwarslaesie als gevolg van een fietsongeluk tien jaar eerder. Na de implantatieoperatie stelde de brug de deelnemer in staat om de intuïtieve controle over zijn beenbewegingen terug te krijgen, waardoor hij kon staan, met krukken kon lopen, trappen kon beklimmen en complexe terreinen kon doorkruisen. De hersen-ruggengraatinterface bleef betrouwbaar en stabiel gedurende meer dan een jaar gebruik, ook thuis zonder toezicht.
Dit onderzoek brengt hoop voor mensen met dwarslaesies en daarom noemen wij het met veel genoegen onze Doorbraak van het Jaar voor 2023.
Selectiecriteria
De Natuurkunde wereld Doorbraak van het jaar 2023 werd gekozen door een panel van Natuurkunde wereld redacteuren, die honderden onderzoeksupdates en nieuwsverhalen doorzochten die dit jaar op de website werden gepubliceerd op alle gebieden van de natuurkunde. Naast gemeld te zijn in Natuurkunde wereld in 2023 moet de winnaar aan de volgende criteria voldoen:
- Aanzienlijke vooruitgang in kennis of begrip
- Belang van werk voor wetenschappelijke vooruitgang en/of ontwikkeling van real-world toepassingen
- Van algemeen belang voor Natuurkunde wereld lezers
De negen tweedeprijswinnaars die onze Top 10 Doorbraken voor 2023 vervolledigen, staan hieronder vermeld in chronologische volgorde van wanneer ze werden gerapporteerd in Natuurkunde wereld.
Naar Xenofon Strakosas, Hanne Biesmans, Magnus Berggren en collega's van de Universiteit van Linköping, de Universiteit van Lund en de Universiteit van Göteborg voor het ontwikkelen van een manier om dit te doen creëer elektronische circuits direct in levend weefsel. Het koppelen van zenuwweefsel aan elektronica biedt een manier om de complexe elektrische signalen van het zenuwstelsel te bestuderen of neurale circuits te moduleren om ziekten te behandelen. De discrepantie tussen rigide elektronica en zachte weefsels dreigt echter kwetsbare levende systemen te beschadigen. In plaats daarvan gebruikte het team een injecteerbare gel om zachte elektroden direct in het lichaam te creëren. Na injectie in levend weefsel breken enzymen in de gel endogene metabolieten in het lichaam af, wat de enzymatische polymerisatie van organische monomeren in de gel teweegbrengt en deze omzet in stabiele, zacht geleidende elektroden. De onderzoekers valideerden het proces door gels in zebravissen en medicinale bloedzuigers te injecteren, waar de gel polymeriseerde en elektroden in het weefsel liet groeien.
Naar Tejin Cai aan de Universiteit van Rochester in de VS en de Canadese York University, en collega's die aan Fermilab's werken Minerva experiment om te laten zien hoe informatie over de interne structuur van het proton kan worden verkregen uit neutrino's die door een plastic doelwit worden verspreid. Neutrino's zijn subatomaire deeltjes waarvan bekend is dat ze zelden interactie hebben met materie. Er waren dus twijfels toen Cai, een postdoctoraal onderzoeker, suggereerde dat er af en toe verstrooiing van neutrino's uit protonen in plastic kon worden waargenomen. De grote uitdaging voor het team was het observeren van het signaal van neutrino's die verspreid zijn door alleenstaande protonen (waterstofkernen) binnen de veel grotere achtergrond van neutrino's die verspreid zijn door protonen die vastzitten in koolstofkernen. Om dit probleem op te lossen, simuleerden ze het koolstofverstrooide signaal en trokken dit zorgvuldig af van de experimentele gegevens. De techniek zou niet alleen inzicht kunnen verschaffen in de structuur van het proton, maar ook meer licht kunnen werpen op de manier waarop neutrino's met materie omgaan.
Aan Celia Viermann en Markus Oberthaler van de Universiteit van Heidelberg, Duitsland, samen met Stefan Floerchinger van de Universiteit van Jena, Duitsland, en collega's van de Universidad Complutense de Madrid, Spanje, Ruhr-Universität Bochum, Duitsland en de Université libre de Bruxelles, België, voor het gebruik van een Bose-Einstein-condensaat (BEC) om een uitdijend heelal te simuleren en de kwantumvelden daarin. In dit gesimuleerde systeem vertegenwoordigde het condensaat het universum, terwijl de fononen die er doorheen bewegen de rol van de kwantumvelden speelden. Door de verstrooiingslengte van de atomen in de BEC te veranderen, liet het team het ‘universum’ met verschillende snelheden uitdijen en bestudeerde het hoe de fononen dichtheidsfluctuaties daarin veroorzaakten. Theorieën uit de kosmologie voorspellen dat vergelijkbare effecten verantwoordelijk waren voor het ontstaan van grootschalige structuren in het vroege heelal. Het gesimuleerde heelal kan dus waardevolle inzichten opleveren over hoe het echte universum is ontstaan zoals het nu is.
Naar Romain Tirol en Riccardo Sapienza aan het Imperial College London en collega's voor de demonstratie van Young's inmenging met dubbele spleet in de tijd. De 19e-eeuwse observatie van de interferentie van lichtgolven door Thomas Jong is een van de meest iconische experimenten in de geschiedenis van de natuurkunde en heeft fundamentele ondersteuning geboden aan de golftheorie van licht. Terwijl dat experiment en soortgelijke experimenten diffractie van licht door een paar nauwe spleten in de ruimte met zich meebrengen, hebben onderzoekers in Groot-Brittannië en elders aangetoond dat het mogelijk is om hetzelfde effect te bereiken met behulp van dubbele spleten in de tijd. De temporele analoog omvat een vast momentum maar een veranderende frequentie. Een materiaal waarin twee spleten snel verschijnen en vervolgens verdwijnen, de een na de ander, zou ervoor moeten zorgen dat binnenkomende golven hun pad in de ruimte behouden, maar zich in frequentie verspreiden. De onderzoekers bereikten dit door de reflectiviteit van een halfgeleiderspiegel twee keer snel achter elkaar aan en uit te zetten en interferentieranden vast te leggen langs het frequentiespectrum van licht dat door de spiegel weerkaatst. Ze zagen dat de interferentie plaatsvindt tussen golven op verschillende frequenties – in plaats van op verschillende ruimtelijke posities. Het werk zou verschillende toepassingen kunnen hebben, zoals optische schakelaars voor signaalverwerking en communicatie of in optisch computergebruik.
Naar Ben Lanjon en collega's van de Universiteit van Innsbruck, Oostenrijk, en de Universiteit van Parijs-Saclay, Frankrijk, voor het construeren van een kwantumrepeater en het gebruik ervan om kwantuminformatie over een afstand van 50 km over te dragen via standaard telecommunicatievezels, waarmee alle belangrijke functionaliteiten van een kwantumnetwerk over lange afstand in één enkel systeem. Het team creëerde zijn kwantumrepeater uit een paar gevangen calcium-40-ionen die fotonen uitzenden nadat ze zijn belicht met een laserpuls. Deze fotonen, die elk verstrengeld zijn met hun ‘ouder’-ion, worden vervolgens omgezet in telecomgolflengten en naar afzonderlijke 25 km lange optische vezels gestuurd. Ten slotte verwisselt de repeater de verstrengeling van de twee ionen, waardoor twee verstrengelde fotonen 50 km van elkaar verwijderd blijven – ongeveer de afstand die nodig is om grootschalige netwerken met meerdere knooppunten te creëren.
Wai Hla gezien, Volker Roos at Nationaal laboratorium van Argonne in de VS en collega's voor het afbeelden van een enkel atoom met synchrotron-röntgenstralen. Tot voor kort was de kleinste monstergrootte die kon worden geanalyseerd met behulp van synchrotron-röntgenscanning-tunnelingmicroscopie een attogram, dat ongeveer 10,000 atomen bedraagt. Dit komt omdat het röntgensignaal dat door een enkel atoom wordt geproduceerd extreem zwak is en conventionele detectoren niet gevoelig genoeg zijn om het te detecteren. Om dit te omzeilen, voegde het team een scherpe metalen punt toe aan een conventionele röntgendetector, die slechts 1 nm boven het te bestuderen monster werd geplaatst. Terwijl de scherpe punt over het oppervlak van een monster wordt bewogen, tunnelen elektronen door de ruimte tussen de punt en het monster, waardoor een stroom ontstaat en deze in wezen “vingerafdrukken” detecteert die uniek zijn voor elk element. Hierdoor kon het team de ultrahoge ruimtelijke resolutie van scanning tunneling microscopie combineren met de chemische gevoeligheid die wordt geboden door intense röntgenverlichting. De techniek zou kunnen leiden tot toepassingen in materiaalontwerp en in de milieuwetenschappen, omdat het de mogelijkheid biedt om giftige materialen tot extreem lage niveaus op te sporen.
Naar de EIGER-samenwerking voor het gebruik van de James Webb Space Telescope (JWST) om overtuigend bewijs te vinden dat vroege sterrenstelsels verantwoordelijk waren voor de reïonisatie van het vroege universum. Reionisatie vond ongeveer 1 miljard jaar na de oerknal plaats en omvatte de ionisatie van waterstofgas. Hierdoor kon licht dat door waterstof zou zijn geabsorbeerd, naar de telescopen van vandaag reizen. De reïonisatie lijkt te zijn begonnen als lokale zeepbellen die groeiden en samenvloeiden. Deze belletjes zouden zijn ontstaan door stralingsbronnen, en een mogelijkheid is dat ze afkomstig zijn van sterren in sterrenstelsels. De EIGER-onderzoekers gebruikten de nabij-infraroodcamera van de JWST om te kijken naar licht van oude quasars die door de geïoniseerde bellen waren gegaan. Ze vonden een correlatie tussen de locaties van sterrenstelsels en de bellen, wat erop wijst dat licht van deze vroege sterrenstelsels inderdaad verantwoordelijk was voor reïonisatie.
Aan Meng Wang, Songlin Shi en Jay Fineberg van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, Israël, voor de ontdekking dat scheuren in bepaalde materialen zich sneller kunnen verspreiden dan de snelheid van het geluid. Het resultaat is in tegenspraak met zowel eerdere experimentele resultaten als voorspellingen gebaseerd op de klassieke theorie, die stellen dat supersonische scheurvoortplanting niet mogelijk zou moeten zijn omdat de geluidssnelheid in een materiaal weerspiegelt hoe snel mechanische energie er doorheen kan bewegen. De observaties van het team kunnen duiden op de aanwezigheid van zogenaamde ‘supershear’-dynamieken die worden beheerst door andere principes dan die welke klassieke scheuren sturen, zoals voorspeld door Michaël Marder van de Universiteit van Texas in Austin, VS, bijna twintig jaar eerder.
Naar de ALPHA-samenwerking voor het aantonen dat antimaterie op vrijwel dezelfde manier op zwaartekracht reageert als materie. De natuurkundigen gebruikten het ALPHA-g-experiment op CERN om de eerste directe waarneming te doen van vrij vallende antimaterie-atomen: antiwaterstof dat bestaat uit een antiproton gebonden aan een anti-elektron. Dit werd gedaan in een hoge cilindrische vacuümkamer waarin antiwaterstof eerst in een magnetische val werd vastgehouden. De anti-waterstof werd uit de val vrijgelaten en kon bij de wanden van de kamer vernietigen. Het team ontdekte dat er meer vernietigingen plaatsvonden onder het vrijlatingspunt dan erboven. Na de thermische beweging van de antiwaterstof te hebben bestudeerd, concludeerde het team dat antimaterie naar beneden valt. Verrassend genoeg bedroeg de versnelling van het anti-waterstof als gevolg van de zwaartekracht ongeveer 75% van die van normale materie. Hoewel deze meting een lage statistische significantie heeft, laat ze de deur open voor nieuwe natuurkunde buiten het Standaardmodel.
Eervolle vermelding
Een eervolle vermelding in onze top 10 van dit jaar gaat naar natuurkundigen die werken bij het $3.5 miljard kostende Nationale ontstekingsfaciliteit (NIF) in de VS voor werk dat eind vorig jaar in het laboratorium werd uitgevoerd nadat we onze winnaars voor 2022 hadden uitgekozen (en loopt dus ook onze doorbraakkeuze voor 2023 mis). Op 13 december 2022 het lab aangekondigd het genereren van meer energie uit een gecontroleerde kernfusiereactie dan nodig was om de reactie aan te drijven. Bij het laserschot, uitgevoerd op 5 december 2022, kwam 3.15 miljoen joule (MJ) aan energie vrij uit een kleine pellet die twee waterstofisotopen bevatte – vergeleken met de 2.05 MJ die die lasers aan het doel leverden. Deze demonstratie van netto energiewinst markeert een belangrijke mijlpaal in laserfusie.
Natuurkunde wereld's berichtgeving over de Doorbraak van het Jaar wordt ondersteund door Rapporten over vooruitgang in de natuurkunde, dat ongeëvenaarde zichtbaarheid biedt voor uw baanbrekende onderzoek.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/brain-computer-interface-that-allowed-a-paralysed-man-to-walk-is-the-physics-world-2023-breakthrough-of-the-year/
- : heeft
- :is
- :niet
- :waar
- $3
- 000
- 1
- 10
- 13
- 15%
- 160
- 20
- 20 jaar
- 2022
- 2023
- 50
- a
- vermogen
- Over
- boven
- geabsorbeerd
- AC
- versnelling
- ongeval
- Bereiken
- bereikt
- over
- activiteit
- toegevoegd
- toevoeging
- bevorderen
- Na
- algoritme
- Alles
- toegestaan
- Het toestaan
- langs
- ook
- Hoewel
- an
- Oude
- en
- uit elkaar
- verschijnen
- komt naar voren
- toepassingen
- ZIJN
- rond
- reeks
- kunstmatig
- AS
- gemonteerd
- At
- atoom
- austin
- Oostenrijk
- auto
- achtergrond
- gebaseerde
- BE
- BEC
- omdat
- geweest
- begonnen
- wezen
- België
- onder
- tussen
- Verder
- Groot
- Big Bang
- Miljard
- lichaam
- zowel
- gebonden
- Hersenen
- Breken
- doorbraak
- doorbraken
- BRUG
- Brengt
- maar
- by
- Bellen
- kwam
- camera
- CAN
- carbon
- voorzichtig
- Veroorzaken
- CERN
- zeker
- uitdagen
- Klimaatkamers
- veranderende
- chemisch
- keuze
- Klik
- klimmen
- collega's
- College
- combineren
- Communicatie
- vergeleken
- dwingende
- compleet
- complex
- omvat
- omvattende
- computergebruik
- gesloten
- uitvoeren
- gekoppeld blijven
- aangezien
- construeren
- onder controle te houden
- gecontroleerd
- controles
- conventioneel
- geconverteerd
- het omzetten van
- Correlatie
- Kosmologie
- kon
- dekking
- barst
- en je merk te creëren
- aangemaakt
- Wij creëren
- criteria
- Actueel
- te beschadigen
- gegevens
- December
- geleverd
- levert
- demonstrating
- dichtheid
- Design
- opsporen
- ontwikkelde
- het ontwikkelen van
- Ontwikkeling
- apparaat
- anders
- digitaal
- directe
- direct
- verdwijnen
- het ontdekken van
- Ziekte
- afstand
- gedaan
- Deur
- verdubbelen
- beneden
- twee
- dynamica
- elk
- Vroeger
- Vroeg
- Vroeg heelal
- redacteurs
- effect
- duurt
- elektronisch
- Elektronica
- elektronen
- element
- elders
- ingeschakeld
- waardoor
- energie-niveau
- genoeg
- milieu
- enzymatisch
- Gelijkwaardig
- in wezen
- bewijzen
- Uitvouwen
- uit te breiden
- ervaren
- experiment
- experimenteel
- experimenten
- uiterst
- Falls
- vals
- beroemd
- sneller
- Velden
- Tot slot
- VIND DE PLEK DIE PERFECT VOOR JOU IS
- Voornaam*
- vast
- schommelingen
- volgend
- Voor
- gevonden
- Frankrijk
- Frequentie
- oppompen van
- functionaliteiten
- fundamenteel
- verder
- fusie
- Krijgen
- Galaxies
- GAS
- Algemeen
- generatie
- Duitsland
- krijgen
- GitHub
- Goes
- geregeerd
- zwaartekracht
- groeide
- Raster
- baanbrekende
- gids
- HAD
- gebeurt
- Hebben
- met
- Hart
- Hebreeuws
- Held
- geholpen
- hem
- zijn
- geschiedenis
- Home
- hoop
- Hoe
- Echter
- HTML
- http
- HTTPS
- Honderden
- waterstof
- iconische
- Ontsteking
- beeld
- Imaging
- Imperial
- Imperial College
- Imperial College London
- in
- Inclusief
- Inkomend
- onafhankelijk
- aangeven
- individueel
- informatie
- binnen
- inzichten
- verkrijgen in plaats daarvan
- Bedoeling
- intenties
- interactie
- interactie
- belang
- Interface
- storing
- intern
- in
- intuïtief
- betrekken
- betrokken zijn
- gaat
- isotopen
- Israël
- kwestie
- IT
- HAAR
- james
- James Webb Space Telescope
- jpg
- voor slechts
- sleutel
- kennis
- laboratorium
- grootschalig
- groter
- laser
- lasers
- Achternaam*
- Afgelopen jaar
- Laat
- leiden
- verlaten
- Lengte
- niveaus
- licht
- als
- opgesomd
- leven
- lokaal
- locaties
- logo
- London
- Kijk
- Laag
- lage niveaus
- te verlagen
- gemaakt
- onderhouden
- groot
- maken
- man
- materiaal
- Materiaal ontwerp
- materieel
- Materie
- max-width
- Mei..
- maat
- mechanisch
- geneesmiddelen
- Maak kennis met
- noemen
- Microscopie
- mijlpaal
- miljoen
- spiegel
- misses
- MJ
- model
- stuwkracht
- monitor
- meer
- meest
- beweging
- motor
- beweging
- verplaatst
- beweging
- bewegingen
- bewegend
- veel
- meervoudig
- Dan moet je
- nationaal
- Nabij
- bijna
- nodig
- netto
- netwerk
- netwerken
- Neural
- neutrino's
- New
- nieuws
- negen
- knooppunt
- knooppunten
- een
- nucleair
- Kernfusie
- observatie
- observatie
- opgemerkt
- occasionele
- opgetreden
- of
- korting
- Aanbod
- Ohio
- on
- EEN
- open
- exploiteert
- or
- bestellen
- organisch
- Overige
- Overig
- onze
- uit
- over
- paar
- paneel
- deelnemer
- voorbij
- pad
- Mensen
- uitgevoerd
- blijvend
- Fotonen
- Fysica
- Natuurkunde wereld
- uitgekozen
- geplaatst
- plastic
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- gespeeld
- verheugd
- punt
- posities
- mogelijkheid
- mogelijk
- energie
- voorspellen
- voorspeld
- Voorspellingen
- aanwezigheid
- vorig
- principes
- probleem
- verwerking
- produceren
- geproduceerd
- produceert
- Voortgang
- voortplanting
- protonen
- mits
- biedt
- het verstrekken van
- gepubliceerde
- pols
- Quantum
- kwantuminformatie
- Quick
- snel
- Bestraling
- snel
- zelden
- Tarieven
- liever
- reactie
- vast
- echte wereld
- real-time
- onlangs
- record
- opname
- weerspiegelt
- herwinnen
- regio
- regio
- los
- uitgebracht
- betrouwbaar
- bleef
- gemeld
- Rapporten
- vertegenwoordigd
- nodig
- onderzoek
- onderzoeker
- onderzoekers
- Resolutie
- Reageren
- verantwoordelijk
- herstellen
- resultaat
- Resultaten
- stijf
- risico's
- Rol
- ruw
- dezelfde
- zagen
- het scannen
- verspreid
- Wetenschap
- wetenschappelijk
- Tweede
- halfgeleider
- gevoelig
- Gevoeligheid
- verzonden
- apart
- verscheidene
- scherp
- werpen
- schot
- moet
- vertoonde
- tonen
- Signaal
- signalen
- betekenis
- gelijk
- single
- Maat
- So
- Soft /Pastel
- OPLOSSEN
- Geluid
- bronnen
- Tussenruimte
- ruimtetelescoop
- Spanje
- ruimtelijke
- Spectrum
- snelheid
- verspreiden
- stabiel
- staan
- standaard
- Sterren
- Land
- statistisch
- stimuleren
- Blog
- structuur
- bestudeerd
- Studie
- subatomische deeltjes
- dergelijk
- supersonisch
- toezicht
- ondersteuning
- ondersteunde
- Oppervlak
- Chirurgie
- swaps
- system
- Systems
- doelwit
- team
- techniek
- telecommunicatie
- telecom
- telescoop
- telescopen
- getest
- Texas
- neem contact
- dat
- De
- Brittannië
- hun
- Ze
- harte
- theorie
- Er.
- daarbij
- warmte-
- Deze
- ze
- dit
- dit jaar
- die
- Door
- thumbnail
- niet de tijd of
- type
- weefsel
- weefsels
- naar
- vandaag
- samen
- ook
- top
- Top 10
- opsporen
- overdracht
- gevangen
- reizen
- traverse
- behandelen
- leiden
- tunnel
- Draai
- Twee keer
- twee
- Uk
- unieke
- Universum
- universiteit-
- ongeëvenaard
- tot
- updates
- us
- .
- gebruikt
- Gebruiker
- gebruik
- Vacuüm
- gevalideerd
- waardevol
- zeer
- via
- zichtbaarheid
- lopen
- wandel
- wang
- was
- Wave
- golflengten
- golven
- Manier..
- we
- web
- Website
- GOED
- waren
- wanneer
- welke
- en
- WIE
- geheel
- Waarom
- winnaar
- winnaars
- Met
- binnen
- zonder
- Mijn werk
- werkzaam
- wereld
- zou
- röntgenstraal
- jaar
- jaar
- york
- Your
- zephyrnet