Campus

Danãcada da descoberta
No final de dezembro, marcamos não apenas o fim de mais um ano de descoberta na Caltech, mas também a conclusão de uma década de realizaa§aµes nota¡veis ​​e avanços em pesquisas.
Por Caltech.edu/MaisConhecer - 22/12/2019



Durante esta década, como nas décadas anteriores, os cientistas e engenheiros da Caltech reinventaram o cena¡rio dos esforços cienta­ficos: desde a primeira detecção de ondas gravitacionais e a descoberta de evidaªncias para um nono planeta no sistema solar; missaµes ousadas para explorar e entender o sistema solar; ao desenvolvimento de novos manãtodos para ver dentro do corpo e do cérebro e entender o universo ao nosso redor; a  invenção de dispositivos para melhorar a saúde humana, alguns inspirando-se na natureza; ao ini­cio de um novo esfora§o transformador para apoiar a pesquisa dos desafios mais prementes da sustentabilidade ambiental.

Os professores, ex-alunos e ex-bolsistas da Caltech também foram reconhecidos em todo o mundo pelo trabalho que moldou seus respectivos campos, com 10 novos Nobelistas adicionados a s fileiras da Caltech: Robert G. Edwards (pa³s-doc '57 –'58), 2010, Fisiologia ou Remanãdio; Sir John B. Gurdon (pa³s-doc '60), 2012, Fisiologia ou Medicina; Martin Karplus (PhD '54), 2013, Chemistry; Eric Betzig (BS '83), 2014, Quí­mica; Arthur B. McDonald (PhD '70), 2015, Fa­sica; Michael Rosbash (BS '65) e Jeffrey C. Hall (postdoc '72), 2017, Fisiologia ou Medicina; Barry Barish e Kip Thorne (BS '62), 2017, Fa­sica; e Frances Arnold , 2018, Chemistry.

E o Instituto como um todo deu passos importantes: a Caltech lançou sua campanha de capital mais ambiciosa e bem- sucedida ; expandiu uma divisão e criou um novo departamento no ensino superior; mudou para um novo presidente ; e transformou seu campus em Pasadena com a adição de cinco novos edifa­cios, incluindo o Laborata³rio Warren e Katharine Schlinger de Quí­mica e Engenharia Quí­mica em 2010, a Residaªncia Bechtel em 2018 e o Centro Hameetman em 2019, além da renovação e reaproveitamento de vários outros, incluindo o Laborata³rio Linde + Robinson para Ciência Ambiental Global (2012),o Laborata³rio Jorgensen (2012), o Laborata³rio Charles C. Gates Jr.-Franklin Thomas (2015) e o Sala£o de Matema¡tica e Fa­sica Ronald e Maxine Linde (2018).

Juntos, esses avanços e um compromisso duradouro com a busca destemida de investigação e nova compreensão ajudaram a realizar muitas descobertas na ciência e na engenharia. Aqui estãouma olhada em alguns desses feitos.

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COMPREENDENDO O Ca‰REBRO…

Embora o cérebro orquestre como vivenciamos o mundo, muitas questões permanecem sobre seu funcionamento complexo. Nos últimos 10 anos, os cientistas da Caltech descobriram como o cérebro reconhece rostos, estimulam e saciam a sede , e aprenderam sobre os caminhos que governam o sono . Um foco principal tem sido o entendimento da experiência de indivíduos não neurota­picos, como aqueles que tem autismo ou aqueles que não tem um hemisfanãrio cerebral . Novos doma­nios da pesquisa em Neurociênciaforam possa­veis em 2016, quando os filantropos Tianqiao e Chrissy Chen anunciaram um presente para estabelecer o Instituto de Neurociaªncia Tianqiao e Chrissy Chen em Caltech .

... E COMPORTAMENTO

A compreensão da base neural da experiência humana éexemplificada pelo estudo do comportamento. Em particular, os pesquisadores da Caltech examinaram como a tomada de decisão individual éafetada pela dina¢mica do grupo , tempo , aversão a  perda e testosterona , e mostraram que os consumidores pagara£o mais dinheiro por coisas que possam tocar . Eles identificaram a área do cérebro responsável pelo medo de perder dinheiro , um horma´nio que promove a confianção e a cooperação nos seres humanos em situações de risco, e estudaram como as pessoas julgam a confiabilidade apenas com base na aparaªncia.

AVANa‡AR MEDICINA

Amedida que a tecnologia moderna avana§a, também aumentam as possibilidades de tratamento de condições médicas que antes eram consideradas intrata¡veis. Os pesquisadores da Caltech usaram um conjunto de eletrodos para ajudar um paciente paralisado a se levantar e mover as pernas voluntariamente e desenvolveram um novo manãtodo para impedir a propagação de doena§as, lentes de contato para prevenir cegueira em pacientes diabanãticos, um aplicativo que monitora a saúde do coração, terapia genanãtica para reparar nervos no cérebro e um braa§o roba³tico controlado pela intenção de um paciente paralisado de se mover. A década também viu o estabelecimento do Instituto Merkin de Pesquisa Translacional, que visa o avanço das tecnologias médicas e um compromisso conta­nuo com o Centro de Bioengenharia Donna e Benjamin M. Rosen .

NOVAS FORMAS DE VER O CORPO

Seja examinando o corpo humano ou o mundo ao nosso redor, precisamos de dispositivos e técnicas para ver coisas que os olhos humanos não podem. Nesta década, os pesquisadores da Caltech desenvolveram maneiras de tornar transparentes tecidos e ossos , um microchip capaz de examinar muitos materiais comuns, um scanner a laser que pode ver tumores de mama e atéum manãtodo para mapear neura´nios no cérebro.

DIREa‡aƒO DA EVOLUa‡aƒO

Os seres humanos tem direcionado a evolução desde que comea§amos a transformar lobos de tema­veis predadores no melhor amigo do homem hámilhares de anos. Mas, usando a técnica da evolução dirigida inventada por Frances Arnold, da Caltech, vencedora do Praªmio Nobel de Quí­mica em 2018 , os cientistas podem ajustar com precisão o DNA das bactanãrias para benefa­cio humano. Já, usando a técnica, ela e seus colegas desenvolveram bactanãrias que podem criar novas classes de antibia³ticos , forjar moléculas de sila­cio orga¢nico e possuir controle termosta¡tico.

APRENDENDO COMO AS BACTa‰RIAS FORMAM EUA E O MUNDO

Micra³bios dentro e fora do corpo humano são os principais atores na saúde humana e na biosfera. Os pesquisadores da Caltech vincularam componentes do microbioma a  doença inflamata³ria intestinal , doença de Parkinson , autismo , esclerose maºltipla e ao bom funcionamento do sistema imunológico . Os microbiologistas também descobriram como certas bactanãrias são capazes de respirar arsaªnico e metano .

VER O UNIVERSO…

Os pesquisadores da Caltech estãodesenvolvendo uma tecnologia sem precedentes para espiar o tecido do universo. Eles descobriram pulsares super brilhantes , uma nova classe de supernovas e gala¡xias antigas , além de ajudarem a tirar a primeira imagem de um buraco negro. Os avanços computacionais tornaram possí­vel recriar a gala¡xia em um supercomputador .

… E OUVINDO

O Observatório de Ondas Gravitacionais com Interfera´metro a Laser (LIGO), que foi concebido, construa­do e operado pela Caltech e pelo MIT, ganhou as manchetes internacionais em 2016 pela primeira detecção direta de ondas gravitacionais , ondulações no espaço e no tempo previstas por Albert um século antes. Einstein, da fusão de dois buracos negros. Pelas realizações do LIGO, Barry Barish e Kip Thorne (BS '62) receberam o Praªmio Nobel de Fa­sica 2017 . Mais tarde, pela primeira vez, cientistas da LIGO e equipes lideradas pela Caltech mediram simultaneamente ondas gravitacionais e ondas de infravermelho, raios X, ultravioleta e ra¡dio produzidas durante o mesmo evento ca³smico: a colisão de duas estrelas de naªutrons .

PLANETAS, PLANETAS EM TODA PARTE

Nesta década, os pesquisadores da Caltech descobriram evidaªncias de planetas em alguns lugares bastante improva¡veis ​​- inclusive em nosso pra³prio sistema solar . Esses planetas expandiram o entendimento de zonas habita¡veis , a área ao redor de uma estrela-ma£e, onde um planeta rochoso provavelmente tem águala­quida; as relações entre planetas e suas estrelas ; e atéda própria classificação planeta¡ria . Cientistas planetarios desenvolveram novas ferramentas para procurar vida em outras partes do universo e atérecrutaram milhares de cientistas cidada£os para ajudar a classificar planetas.

EM MISSaƒO

O JPL, que Caltech gerencia para a NASA, lançou uma sanãrie de missaµes bem-sucedidas nesta década, mesmo quando as missaµes mais antigas terminaram. Em 2012, o Laborata³rio de Ciências de Marte pousou no Planeta Vermelho, depositando o curioso laboratório anala­tico Curiosity para procurar em Marte ambientes potencialmente habita¡veis. Em 2018, o InSight pousou e começou a perfurar Marte para aprender mais sobre o interior do planeta e a formação de todos os corpos celestes rochosos, incluindo a Terra e a lua; e em 2016, Juno finalmente chegou ao fim de uma viagem de cinco anos a Jaºpiter e começou a coletar informações sobre a origem e evolução do planeta. Em 2017, a Cassini caiu dramaticamentena atmosfera de Saturno no grand finale de sua missão de 13 anos e, em 2018, as duas naves Voyager, em uma missão que começou mais de 40 anos atrás , continuaram sua jornada marcante e se tornaram a primeira Espaçonave a entrar no espaço interestelar.

COMPREENDENDO A TERRA RUMBLING…

Faz 99 anos desde a abertura do Laborata³rio Sismola³gico da Caltech, onde Charles Richter e Beno Gutenberg ajudaram a desenvolver a ciência da detecção e medição de terremotos. Desde então, os cientistas e engenheiros da Caltech estãona vanguarda da ciência do terremoto, usando medições de satanãlite e dados terrestres para conduzir um estudo detalhado do terremoto de 9.0 Tohoku-Oki de 2011 e mais recentemente técnicas avana§adas de computação para identificar quase 2 milhões de minaºsculos anteriormente não catalogados terremotos que ocorreram nos últimos 10 anos no sul da Califa³rnia; lana§amento de uma iniciativa para cobrir a bacia de Los Angeles com 25 sensores sa­smicos por milha quadrada ; e demonstrando o potencial doRede sa­smica comunita¡ria para detectar trepidações de edifa­cios . Os sisma³logos da Caltech também avana§aram uma nova técnica para o monitoramento de terremotos de alta resolução usando cabo de fibra a³ptica , tecnologia que foi implantada para rastrear ranãplicas da sequaªncia de terremotos Ridgecrest de julho . As ferramentas da sismologia também foram aplicadas para detectar fluxos de detritos recebidos em áreas propensas a deslizamentos de terra e rastrear como a área do sul da Califórnia sobe e desce em um movimento respirata³rio a  medida que as a¡guas subterra¢neas são bombeadas para dentro e para fora da área.

… E REVELANDO SUA HISTa“RIA ANTIGA

A Caltech afastou o vanãu da história antiga da Terra, fornecendo novas informações sobre o metabolismo dos dinossauros, medindo pela primeira vez a temperatura corporal das criaturas extintas, usando dentes e ovos fossilizados . Os geobia³logos investigaram as origens do oxigaªnio na Terra - um evento que tornou possí­vel a vida como a conhecemos - e descobriram que uma única espanãcie de cianobactanãria pode ser a culpada. Novas ferramentas desenvolvidas em Caltech ajudaram a decifrar as seções mais antigas do disco de rock e também mostraram que o Hadean Eon - um tempo infernal em que a fissão nuclear ocorreu naturalmente nasuperfÍcie do planeta - pode não ter sido tão nuclear como se acreditava anteriormente.. E os geocientistas que estudam a Terra e Marte encontraram um terreno comum, explorando caracteri­sticas em ambos os planetas que parecem ser os remanescentes geola³gicos dos megafloods.

CONFRONTAR DESAFIOS DE SUSTENTABILIDADE

Amedida que a população mundial continua a crescer, os seres humanos precisara£o cada vez mais encontrar maneiras de diminuir seu impacto no meio ambiente. Os cientistas da Caltech tem enfrentado algumas dessas questões de sustentabilidade de várias maneiras. Eles criaram um banheiro movido a energia solar para o mundo em desenvolvimento, descobriram um novo manãtodo para acelerar o seqa¼estro de carbono atmosfanãrico, desenvolveram novos catalisadores que poderiam ajudar a melhorar a produção de alimentos atravanãs de manãtodos ambientalmente amiga¡veis ​​de produção de fertilizantes e conduziram estudos para prever como a mudança climática ocorrera¡. afetar os fena´menos clima¡ticos . Mais recentemente, Stewart e Lynda Resnick ofereceram um presente de US $ 750 milhões que seráusado para expandir o escopo e os recursos do Resnick Sustainability Institute e reunir especialistas para realizar pesquisas de sustentabilidade de ponta em campos tão diversos quanto ciência solar, ciência climática, energia, biocombusta­veis, pla¡sticos decompostos, recursos ha­dricos e ambientais, e engenharia de ecologia e biosfera.

ENCERRAMENTO DE COMBUSTaVEIS LIMPOS

Encontrar fontes de combusta­vel limpas e renova¡veis ​​écrucial para o bem-estar do meio ambiente e as necessidades de energia das gerações vindouras. Inspirados pela fotossa­ntese natural, os pesquisadores do Centro Conjunto de Fotossa­ntese Artificial criaram uma "folha artificial" que absorve dia³xido de carbono, luz solar e águapara produzir combusta­veis de hidrogaªnio e outros revelaram um manãtodo para proteger os semicondutores da corrosão, um obsta¡culo importante no desenvolvimento de geradores movidos a energia solar que dividem a águapara produzir combusta­vel de hidrogaªnio. Em outros lugares do campus, os engenheiros descobriram que a produção de energia das turbinas ea³licas pode ser aumentada drasticamente , otimizando o posicionamento das turbinas ; melhorou o design das células solares existentes, criando um novo tipo de canãlula solar flexa­velisso melhora a absorção da luz solar; aprimorou a arquitetura dos painanãis solares para reduzir as sombras nas células, aumentando a eficiência; e começou a desenvolver um sistema para coletar a luz solar, transforma¡-la em energia elanãtrica e transmitir sem fio essa eletricidade para a Terra .

TOMANDO LIa‡a•ES DE DESIGN DA NATUREZA

Os engenheiros da Caltech tiraram inspiração e lições da natureza. Um pesquisador construiu um bastão de roba´ voador a partir de sila­cio, enquanto outro criou uma a¡gua-viva artificial em movimento livre usando células musculares e de sila­cio que podem nadar e criar correntes de alimentação. Os bioengenheiros da Caltech também desenvolveram implantes oculares revestidos em um material inspirado em nanoestruturas em asas de borboleta transparentes . Estudos de larvas de libanãlulas levaram a  invenção de uma va¡lvula carda­aca protanãtica mais barata e duradoura, implantada em seu primeiro paciente em julho passado. Muitos desses avanços estãoocorrendo no novo Centro de Sistemas e Tecnologias Auta´nomos de 10.000 panãs quadrados. (CAST), inaugurado em 2017, onde cientistas e pesquisadores da Caltech e JPL trabalham para unir inteligaªncia artificial e roba³tica para criar sistemas auta´nomos totalmente incorporados.

MATERIAIS MELHORES, MAIS SEGUROS E MAIS FORTES

Novas técnicas pioneiras na Caltech podem produzir grafeno em poucos minutos a  temperatura ambiente , reduzir a chance de o combusta­vel de aviação explodir durante um acidente de avia£o e moldar a luz de maneiras exa³ticas e complexas . Além disso, a Caltech avançou na criação de metamateriais nanoarquitetados - materiais cujas estruturas foram projetadas em uma escala minaºscula para criar propriedades incomuns - produzindo penas leves, mas materiais fortes , cera¢mica não quebradia§a e materiais que tem a capacidade de mudar de forma de maneira fina. maneira sintonizado , e 3-D estruturas impressão nanoescala de metal para a primeira vez. Materiais deforma¡veis ​​macios estãopossibilitando a criação de robôs que não precisam de baterias ou motores e portas lógicas de computador que transmitem sinais atravanãs de vibrações físicas em vez de eletricidade.

ENGENHARIA MOLECULAR E QUa‚NTICA

Diga a palavra engenharia, e ela pode evocar grandes coisas - pontes, jumbo-jatos, usinas nucleares -, mas frequentemente as coisas de engenharia também são muito, muito pequenas. Os pesquisadores da Caltech, que exploravam os doma­nios microsca³pico e qua¢ntico, desenvolveram um dispositivo que pode pesar uma única molanãcula e robôs de DNA que podem classificar moléculas ; criou a menor Mona Lisa do mundo e uma reprodução em miniatura de A Noite Estrelada, de Van Gogh, com DNA dobrado; e descobriu cristais la­quidos qua¢nticos que poderiam ser usados ​​na computação.

EMPURRANDO OS LIMITES DA INTELIGaŠNCIA ARTIFICIAL

Engenheiros e cientistas da Caltech encontraram novos aplicativos para inteligaªncia artificial (IA) e aprendizado de ma¡quina (ML): especialistas em aprendizado de visão criaram algoritmos que podem ver e entender imagens como um humano faria, desde a identificação correta de aves de um instanta¢neo atéa criação automa¡tica de um inventa¡rio de a¡rvores de rua a partir de imagens de satanãlite e de ruas. A combinação da IA ​​com a tecnologia de drones permitiu que drones aºnicos agrupassem um bando de pa¡ssaros longe do espaço aanãreo de um aeroporto e superassem o desafio de aterrissar sem problemas, apesar da turbulaªncia dos efeitos do solo. Em colaboração com a Disney Research, os engenheiros desenvolveram um software de aprendizado profundo capaz de prever como os membros da audiaªncia reagira£o. para um filme baseado em observações de alguns minutos.