röntgensäteily

Huima video kärpäsen lihastyöstä lennossa

Ke, 03/26/2014 - 14:10 By Jari Mäkinen
Kuva kärpäsen siiveniskut -videolta

Emme ole koskaan aikaisemmin nähneet näin yksityiskohtaisesti tapaa, millä kärpänen käyttää lihaksiaan siipiensä liikuttamiseen lennon aikana. Oxfordin yliopiston eläimien lentoon erikoistunut tutkimusryhmä onnistui paitsi saamaan suurnopeusvideolle lentävän kärpäsen, niin myös tekemään videon siitä kolmiulotteisella röntgentomografialla. Huimaa!

Tarkalleen ottaen tutkimusryhmään kuuluu jäseniä Oxfordin yliopiston lisäksi Imperial Collegesta ja sveitsiläisestä Paul Scherrer -instituutista, ja työhän käytettiin jälkimmäisessä olevaa tehokasta synkrotronia, joka tuotti tarpeeksi voimakasta röntgensäteilyä kuvaamiseen.

Ryhmän kärpäsen lentoa kuvaava artikkeli ilmestyi eilen PLOS Biology -julkaisussa.

Myös alla oleva video (New Scientist -lehden YouTubeen laittamana) näyttää erinomaisesti miten luonnon eräs monimutkaisimmista hermoista ja lihaksista koostuva järjestelmä toimii: miten pienikokoinen hyönteinen liikuttaa siipiään ja hallitsee lentoaan.

Kärpänen tekee siivillään noin 150 kertaa sekunnissa, ja jokaisen lyönnin aikana se käyttää paitsi suurimpia lihaksiaan, niin myös  useita pieniä ohjauslihaksia. Kärpäsen lähes koko keskiruumiin kokoiset isot lihakset siis tuottavat lentämiseen vaadittavan voiman, mutta ihmisen hiustakin ohuemmat pikkulihakset toimivat ohjaimina. Siivissä ei ole lihaksia, vaan kärpänen hallitsee lentoaan näillä pienillä lihaksilla, jotka kääntävät siipiä juuri oikealla tavalla.

"Näitä ohjauslihaksia ei näy plain silmin, mutta ne tulevat hyvin esiin röntgensäteilyllä", sanoo tutkija Rajmund Mokso PSI:stä.

"Saimme ne näkyviin koejärjestelyssämme, missä lentävää kärpästä voitiin pyörittää ympäri ja kuvata eri kuvakulmista suurnopeusradiografeilla. Kun koostimme saadut kuvat yhteen, saimme tulokseksi 3D-visualisoinnin siitä miten kärpänen käyttää lihaksiaan lentäessään."

Ohuen varren päähän kiinnitetty kärpänen reagoi pyörittämiseen ja koitti korjata lentosuuntaansa, jolloin erityisesti ohjauslihasten toiminta saatiin näkyviin. Tätä ei ennen ole onnistuttu näkemään.

"Ohjauslihasten massa on vain noin 3 % kaikista lentämiseen vaadittavista lihaksista", kertoo tutkimusta johtanut Graham Taylor, Oxfordin yliopiston professori. "Ihmettelimme sitä miten pikkulihakset pystyvät hallitsemaan niin hyvin suurten lentämiseen vaadittavien voimalihasten toimintaa. Voimalihakset toimivat symmetrisesti, mutta ne liikuttavat jokaista siipeä eri tahdissa, jolloin ohjauslihakset pystyvät saamaan käyttöönsä osan lentolihasten voimasta käyttöönsä siipien räpytysten välissä."

Tutkimus paitsi auttaa ymmärtämään paremmin hyönteisten lentoa, niin myös tekee mahdolliseksi mikromekaanisten laitteiden paremman suunnittelun.

"Kärpäsen siiven kiinnityskohta sen kehoon on ken ties eräs monimutkaisimmista ja kestävimmistä liikkuvista liitoksista luonnossa", väittää artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Daniel Schwyn. "Luonnolta on kestänyt 300 miljoonaa vuotta sen kehittämiseen ja se poikkeaa dramaattisesti vastaavista laitteista, joita ihminen on tehnyt."

Olennaisinta mikromekaniikan kannalta löydössä on se, jokainen lihas supistuu ja venyy vain yhteen suuntaan, mutta niiden yhteisvaikutus synnyttää monimutkaisen siipien liikeoskillaation, joka on kolmiulotteinen ja muuttuu jatkuvasti lentotilanteen muuttuessa. Insinöörit haluaisivat myös käyttää pieniä moottoreita, jotka synnyttävät vain edestakaista liikettä, monimutkaisten liikesarjojen tekemiseen.

Videolla lentolihakset on merkitty punaisella, oranssilla ja keltaisella, ja pienemmät ohjauslihakset vihreällä, sinisellä ja violetilla. Kuvissa näkyy vain kärpäsen keskiruumis.

Viite: PLoS Biology, DOI: 10.1371/journal.pbio.1001823

Erilaisia röntgenkuvia

Pe, 03/07/2014 - 14:25 By Toimitus
Röntgenkuvataide

Jos olet Lontoossa, kannattaa pitää kiirettä: ainutlaatuinen röngenkuvataidenäyttely X-POSÉ on avoinna Artopia-galleriassa enää tiistaihin 11. maaliskuuta saakka!

Hugh Turvey on taiteilija, joka on päässyt seuraamaan läheltä röngenkuvien ja muulaisten ihmisten, eläinten ja kappaleiden sisälle katsovien menetelmien käyttöä Britannian radiologiainstituutissa. Hän on jo aikaisemmin käsitellyt teoksissaan tiedettä ja taidetta hyvin valokuvauksellisesti ja graafisesti, mutta hänen viimeaikaiset työnsä ovat olleet kerrassaan ainutlaatuisia. Niitä on esitelty aikaisemmin eri näyttelyissä, mutta viimeisin, nyt Lontoossa oleva näyttely on ollut laajin katselmus tähän röntgentaiteeseen.

"Rakastan vanhanaikaista filmiä", sanoo Turvey, jonka menetelmä kuvien tekemiseen on periaatteessa yksinkertainen: ylivalottamista, moninkertaisia valotuksia, kemiallista muuntelua, eri värien suodatusta, vahinkoja sekä kokeilua ja virheiden tekemistä. Lisäksi hän värjää kuvia kun siltä tuntuu.

"En käytä vain yhdenlaista röntgenlaitteistoa, sillä välineet täytyy luonnollisesti sovittaa tarpeeseen: esimerkiksi pienen hyönteisen kuvaaminen on hyvin erilaista kuin moottoripyörän eri osien tiheyksien kuvantaminen."

Toisinaan varsinainen rontgenkuvaus on myös tarpeetonta, koska joissain tapauksissa pelkästään valoherkän paperin asettaminen kohteen toiselle puolelle ja sen valaiseminen riittävät.

Turvey on nimennyt kuvansa Xogrammeiksi ja hänen näitä kuvia esittelevä nettigalleriansa on osoitteessa www.xogram.com.

Ei ihme, että häntä itseäänkin on kutsuttu röngentaiteilijaksi; niinpä hän on nimennyt oman nettisivunsakin tämän mukaisesti.

Turveyn OXO-näyttelytilassa olleesta näyttelystä ja sen teoksista on tehty myös alla oleva pieni video:

Päivän kuva 6.5.2013: Rouva Röntgenin käsi

Ma, 05/06/2013 - 09:27 By Markus Hotakainen

Keksinnöstään Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1901 saanut Wilhelm Röntgen otti ensimmäisen röntgenkuvan vaimonsa Annan kädestä. Vuodelta 1895 peräisin oleva kuva on nykyisiin röntgenkuviin verrattuna suttuinen ja epätarkka, mutta se mullisti lääketieteen lisäksi monta muutakin tieteen ja tekniikan alaa.

Vaikka Röntgen itse käytti lyijystä tehtyjä suojia, voimakasta röntgensäteilyä ei alkuun osattu varoa. Urbaanin tarinan mukaan eräs nuori tutkija järjesti vaimoineen illalliskutsut, joille osallistui useita fyysikoita. Isäntäväki huomasi tehneensä ruokalistan suhteen emämunauksen, sillä tarjolla oli sormin syötävää kanaa. Useimmilla tutkijoilla ei kuitenkaan ollut likikään kaikkia sormia tallella, sillä säteilyn aiheuttamien vaurioiden takia oli jouduttu turvautumaan amputaatioihin.