Темы для докладов и рефератов

Физические явления и законы, используемые в медицинской диагностике.

Рентгеновская установка – важнейший фактор развития науки и медицины.

Устройство и принцип действия современного прибора компьютерной рентгеновской томографии.

Устройство и принцип действия магнитно-резонансного томографа.

Устройство и принцип действия современного прибора для ультразвукового исследования.

Физика в операционной.

Лазер на службе медицины.

Использование радиоактивных препаратов в медицине.

Искусственная кровь.

Дискуссии

Больница будущего.

Обезьяна – Homo sapiens – киборг?

БАДы – польза или вред?

Литература

1. Власов, П.В. Беседы о рентгеновских лучах /П.В. Власов. – М., Молодая гвардия. 1977.

2. Быковский, Е. От протеза к киборгу / Е. Быковский // Вокруг света. №5. 2006.

3. Шеппард, Г. Интерфейс для головного мозга / Г. Шеппард // Вокруг света. № 2 2007.

4. Биоинформатика и познания. -www.bioinformatix.ru.

5. Нанороботы в медицине. - https://www.nanoindex.ru/stati.

6. Нано-роботы в борьбе против болезней. - www.infuture.ru/article/77.

Спорт

Люди чаще капитулируют, чем терпят крушение.

Генри Форд.

Сегодня спорт – это не только сфера деятельности человека, связанная с его физическим совершенствованием и определением максимальных возможностей человеческого организма. Спорт стал не только важнейшей отраслью экономики, он превратился в индустрию, настолько сильно влияющую на развитие буквально всех остальных отраслей, что является ни много ни мало катализатором общего экономического развития всей страны.

Непосредственное воздействие спорта связано с увеличением количества туристов, ростом продаж спортивного инвентаря и одежды, постройкой спортивных сооружений и всей необходимой инфраструктуры: дорог, гостиниц, вокзалов и аэропортов, информационных центров и т. п.

Косвенный эффект от развития спорта может быть даже более значимым, чем прямой. Спорт предстает как концентрированное выражение политики и экономики. Спортивные достижения страны влияют на ее имидж, повышают инвестиционную привлекательность в глобальном масштабе. Это, в свою очередь, вызывает развитие строительства, туризма и наукоемких производств.

Количество медалей, завоеванных на Олимпиаде национальными сборными, свидетельствует не только о месте страны в таблице спортивных рангов, но является очень важным показателем текущего места страны в глобальной экономике. Результаты неофициального командного первенства – это и прогнозы будущих темпов экономического роста.

Кроме того, развитие спорта – это проявление модернизации и нового технологического уклада, показатель инновационного лидерства в глобальном экономическом измерении. В Англии, в те времена, когда она была технологическим лидером, изобретена не только паровая машина Уайта, но футбол, теннис и гольф. Следующий технологический лидер – США. Американцы отправили человека на Луну, изобрели компьютеры, волейбол и баскетбол.

Сегодня в соревнованиях на международной арене в единоборство вступают не столько сами спортсмены, сколько страны и технологии. Совсем не удивительно, что на спорт работают целые научные подразделения врачей, фармацевтов, психологов, инженеров и конструкторов. Разработки из сферы спорта высших достижений, точно так же, как из области космической техники, потом начинают широко использоваться и в других областях.

Так было, например, с кроссовками. Метод соединения резины и ткани впервые предложила компания Goodyear в 1892 году для создания специальной спортивной обуви, а в 70-х годах прошлого века началось массовое использование этой обуви в качестве повседневной. Сегодня кроссовки, пожалуй, самая распространенная обувь в мире.

Выделим несколько основных аспектов взаимодействия техники и спорта.

Первый из них связан с появлением новых технических видов спорта. Благодаря развитию техники, появляются новые виды спорта, которые раньше просто не могли существовать. Среди таких можно назвать парашютный спорт, мотокросс, автогонки, дельтопланеризм, радиоохота «на лис» (поиск радиопередатчиков) и т.п.

Опыт применения техники в экстремальных условиях и на предельных нагрузках стимулирует использование новейших технологий и дает возможность их экспериментальной проверки. Полученные результаты служат основой для коррекции и доведения инновации до уровня массового потребления. Так спорт стимулирует развитие техники. Наглядным примером являются автогонки «Формула-1». Применяемые при постройке болидов новейшие конструкционные материалы, технические решения далее используются уже при массовом изготовлении серийных автомобилей.

Соревнования по парашютному спорту послужили стимулом для создания новых форм парашюта, более легких, быстрых, управляемых. В результате появился параплан – гибрид парашюта и крыла, позволяющий не только опуститься с самолета на землю, но осуществлять достаточно длительные горизонтальные полеты и даже подъем вверх.

Второй аспект связан с техническим обеспечением спортивных сооружений. Современные спортивные сооружения, предназначенные для проведения массовых мероприятий, такие как стадионы, бассейны, треки, автомобильные, горнолыжные и бобслейные трассы, являются сложными техническими системами. Они должны иметь системы оповещения, ограждения, наблюдения, освещения, противопожарной безопасности. Кроме этого, в этих сооружениях должны функционировать системы, специфичные для каждого сооружения. Например, футбольное поле нуждается в системе отопления и полива газона, а каток и трек для бобслея должны иметь сложные и дорогостоящие системы охлаждения, на горнолыжной трассе необходимы подъемники, пушки для получения искусственного снега, специальные тракторы для подготовки склонов и т.п. Необходимо добавить, что современный спортивный объект обязательно оборудуется системами видеокамер, большими экранами, информационными центрами для спортивных комментаторов и журналистов и т.п.

В качестве примера рассмотрим развитие одной системы из множества других. Это система фотофиниша.

Фотофиниш – программно-аппаратная система для фиксации порядка пересечения финишной черты участниками соревнований, обеспечивающая получение изображения, достаточное для определения приоритета участников соревнования.

Первое известное упоминание об использовании фотофиниша относится к концу XIX века — тогда для определения победителя в скачках была использована обычная фотокамера. В одном из самых авторитетных научных журналов «Nature» в 1882 году опубликовано письмо Эдварда Мейбриджа, крупнейшего специалиста в скоростной фотографии. В частности, он писал, что «в ближайшем будущем результаты важных заездов будут зависеть от фотографии, по которой будет определяться победитель». Самая же старейшая известная фотография фотофиниша датируется 25 июня 1890 года.

В 1926 году Датской федерацией легкой атлетики было представлено устройство фотофиниша, использующее технику ускоренной съемки. Этот прибор успешно применяется на Олимпийских играх 1928 года в Амстердаме. В начале 30-х годов ХХ века удалось совместить фотофиниш с секундомером. Это стало возможным с появлением «Камеры Кирби» — высокоскоростной кинокамеры, изобретенной и впервые примененной в 1931 году. Произведенное устройство снимало со скоростью 128 кадров в секунду изображение с двух объективов. Через один объектив снималась линия финиша, второй же был сфокусирован на встроенный электромеханический хронометр. Таймер системы запускался от выстрела стартового пистолета. Официальный дебют этого устройства состоялся на Олимпийских Играх 1932 года в Лос-Анжелесе.

В 1991 году впервые была задействована цифровая система фотофиниша, созданная компанией «OMEGA».

На зимних Олимпийских играх в Альбервилле 1992 году дебютирует система видеофиниша «Scan O’Vision» компании «OMEGA» — пока лишь в одном виде — в конькобежном спорте. На летних Олимпийских Играх 1992 года в Барселоне «Seiko» использует цифровой фотофиниш на соревнованиях по легкой атлетике. С тех пор в любом виде спорта, связанном с пересечением финишной черты, соревнования мирового уровня без фотофиниша не проводятся.

Следующий аспект взаимовлияния спорта и технических инноваций связан со спортивными снарядами, которые спортсмен использует непосредственно во время соревнований. Совершенствование спортивных снарядов иногда очень сильно меняет сам вид спорта, даже тот, который традиционно не относится к техническим. Например, появление пластиковых лыж и парафинов для их смазки позволило значительно уменьшить силу трения лыж о снег, что привело к появлению новой техники лыжного бега – конькового хода. Это, в свою очередь, послужило причиной изменения регламента соревнований и разделения гонок на два вида: классическим и коньковым ходом.

Логичным следствием таких изменений является значительное улучшение абсолютных результатов. Одним из самых наглядных примеров может быть история рекордов в прыжках в высоту с шестом.

Мировой рекорд на деревянных шестах был поставлен американцем Корнелиусом Уормердамом в 1942 году, он оказался равным 4, 77 м. На Чемпионате Европы 1946 года шведские атлеты впервые продемонстрировали металлические шесты. Результат использования металлических шестов оказался немного лучше, рекорд в 4 м 80 см был достигнут Дональдом Брэггом в 1960 году.

В этом же году на Олимпийских играх в Риме были представлены первые образцы пластиковых шестов, которые произвели революцию в этом виде легкой атлетики. Фиберглассовые шесты способны сильно сгибаться, накапливая кинетическую энергию спортсмена. Это потребовало полностью переработать технику прыжка и повысило требования к скоростной и физической подготовке атлетов. Но за последние 34 года мировой рекорд у мужчин вырос с 4, 80 до 6, 14 м!

Современный шест для прыжков представляет собой высокотехнологичный спортивный снаряд, изготовленный из композитных материалов, имеющий множество различных характеристик, подбираемых индивидуально для спортсмена.

Технический прогресс не миновал и игровые виды спорта. Для примера рассмотрим только одну, но самую популярную игру – футбол.

Казалось бы – какие могут быть существенные технические инновации, связанные с главным атрибутом этой игры – с мячом?

Но оказалось, что современные технологии и здесь позволяют добиться значительных улучшений. При создании нового официального мяча Чемпионата мира-2006 дизайнеры прибегли к компьютерному моделированию. Полученный в результате спортивный снаряд состоит теперь не из 32 частей, как его предшественники, а всего из 14. Панели не сшиты между собой, а соединены путем термической обработки и покрыты особой прозрачной полимерной пленкой. В результате новая конструкция имеет почти идеальную форму шара, является более износостойкой и водонепроницаемой. Малое количество швов обеспечивает «однообразное» поведение мяча вне зависимости от расположения точки удара, и равномерное распределение энергии удара, что делает траекторию его полета предсказуемой. По результатам лабораторных испытаний, точность движения мяча повысилась на 30%.

Перчатки вратаря сегодня тоже становятся шедевром последних технических достижений. Для их изготовления используется новый материал d3o, обладающий поистине уникальными свойствами. В обычном состоянии этот полимер гибок и эластичен, но стоит его подвергнуть резкому воздействию, как менее чем за сотую долю секунды он твердеет и остается в этом состоянии до тех пор, пока воздействие не закончится. После этого он возвращается в свое исходное состояние. Процесс превращения очень похож на кристаллизацию, когда свободные молекулы под воздействием тех или иных физических процессов объединяются в правильную кристаллическую решетку. В случае с d3o «кристаллизация» происходит в момент удара, часть энергии которого расходуется как раз на структурное преобразование материала. В новых перчатках Sells полимер d3o находится на тыльной стороне ладони и прикрывает костяшки. Пока вратарь ловит мяч, мягкие эластичные вставки не мешают ему, но если приходится выбивать мяч кулаком, они твердеют всего за 10 миллисекунд, защищая руки от травм и формируя твердую платформу для удара. Этот же принцип используется и в щитках для голени. По результатам проведенных испытаний, новые d3o Pro Pad обеспечивают отличную защиту ноги и превосходят стандартные образцы не только по удобству, но и по поглощению энергии удара.

Но самое большое новшество будет связано не с отдельными аксессуарами игры, пусть и самыми главными, оно будет заключаться в новой системе контроля за мячом и игроками. Для этого внутри мяча и на игроках будут находиться миниатюрные датчики. С их помощью можно будет получать информацию о местонахождении «объектов» в каждый момент времени. Чувствительные антенны, расположенные по краям поля и на мачтах освещения, 2000 раз в секунду получают данные со всех датчиков, находящихся на поле. Собранная информация передается на центральный компьютер. На основе этих данных можно построить трехмерную модель игрового поля и моментально «в динамике» оценивать положение каждого игрока относительно мяча. Положение вне игры, аут, а может, даже и нарушение правил в момент борьбы за мяч и, особенно, пересечение мячом линии ворот — все это будет безошибочно фиксироваться. Количество спорных судейских решений будет сведено к минимуму. Электронную систему отправить «на мыло» невозможно.

После обработки собранной с датчиков информации получаются совершенно уникальные статистические данные, о которых тренеры и спортивные комментаторы могли только мечтать. Сила удара, скорость полета мяча, расстояние до ворот, а кроме этого — скорость игрока, его активность на поле, результативность – все это будет доступно в режиме реального времени. Футбол обогатится большим количеством статистических данных, что сделает его еще интереснее.

Еще один, незаметный для зрителя, но очень важный для спортсмена и его тренера аспект связан с использованием технических средств для тренировки и последующего восстановления.

Для этого существуют различные тренажеры, имитаторы соревновательной обстановки. Гребцы много времени проводят на специальных тренажерах, имитирующих греблю, парашютисты – в аэродинамической трубе, велосипедисты – на велотренажере, лыжники – на лыжероллерной трассе и т.п.

Очень важен постоянный контроль за состоянием тренирующегося спортсмена. Развитие электроники, средств связи, в частности, изобретение Bluetooth предоставили такие возможности, о которых даже и не мечтали спортсмены и их тренеры. Стало возможным во время работы спортсмена на расстоянии контролировать частоту его сердечных сокращений и дыхания, давление, температуру.

В телевизионных трансляциях лыжного спорта рядом с изображением бегущего спортсмена иногда показывают его пульс и процентное отношение текущего пульса от максимально возможного для этого спортсмена. А это коренным образом меняет тактику ведения борьбы на лыжне, потому что теперь соперника нельзя обмануть и деморализовать демонстративно легким и быстрым отрывом на подъеме. Все зрители и тренеры соперника хорошо видят, что спортсмен бежит на пределе своих возможностей, а значит, долго он такого темпа не выдержит.

Спорт больших достижений связан с запредельными для человеческого организма нагрузками, поэтому он невозможен без травм и профессиональных болезней. Именно поэтому спорт самым тесным образом связан с медициной, которая, как уже было выше сказано, является сегодня одним из главных потребителей технических инноваций.

В результате взаимодействия произошла интеграция медицины и спортивной науки, выделился отдельный раздел – спортивная медицина, являющийся полигоном для испытания технических и медицинских инноваций перед его массовым внедрением.