Campus

Década 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 realizações notáveis ​​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 cenário dos esforços científicos: desde a primeira detecção de ondas gravitacionais e a descoberta de evidências para um nono planeta no sistema solar; missões ousadas para explorar e entender o sistema solar; ao desenvolvimento de novos métodos para ver dentro do corpo e do cérebro e entender o universo ao nosso redor; à invenção de dispositivos para melhorar a saúde humana, alguns inspirando-se na natureza; ao início de um novo esforço 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 às fileiras da Caltech: Robert G. Edwards (pós-doc '57 –'58), 2010, Fisiologia ou Remédio; Sir John B. Gurdon (pós-doc '60), 2012, Fisiologia ou Medicina; Martin Karplus (PhD '54), 2013, Chemistry; Eric Betzig (BS '83), 2014, Química; Arthur B. McDonald (PhD '70), 2015, Física; Michael Rosbash (BS '65) e Jeffrey C. Hall (postdoc '72), 2017, Fisiologia ou Medicina; Barry Barish e Kip Thorne (BS '62), 2017, Física; 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 edifícios, incluindo o Laboratório Warren e Katharine Schlinger de Química e Engenharia Química em 2010, a Residência Bechtel em 2018 e o Centro Hameetman em 2019, além da renovação e reaproveitamento de vários outros, incluindo o Laboratório Linde + Robinson para Ciência Ambiental Global (2012),o Laboratório Jorgensen (2012), o Laboratório Charles C. Gates Jr.-Franklin Thomas (2015) e o Salão de Matemática e Física 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 está uma olhada em alguns desses feitos.

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COMPREENDENDO O CÉREBRO…

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 neurotípicos, como aqueles que têm autismo ou aqueles que não têm um hemisfério cerebral . Novos domínios da pesquisa em neurociência foram possíveis em 2016, quando os filantropos Tianqiao e Chrissy Chen anunciaram um presente para estabelecer o Instituto de Neurociência Tianqiao e Chrissy Chen em Caltech .

... E COMPORTAMENTO

A compreensão da base neural da experiência humana é exemplificada pelo estudo do comportamento. Em particular, os pesquisadores da Caltech examinaram como a tomada de decisão individual é afetada pela dinâmica do grupo , tempo , aversão à perda e testosterona , e mostraram que os consumidores pagarão mais dinheiro por coisas que possam tocar . Eles identificaram a área do cérebro responsável pelo medo de perder dinheiro , um hormônio que promove a confiança e a cooperação nos seres humanos em situações de risco, e estudaram como as pessoas julgam a confiabilidade apenas com base na aparência.

AVANÇAR MEDICINA

À medida que a tecnologia moderna avança, também aumentam as possibilidades de tratamento de condições médicas que antes eram consideradas intratáveis. 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 método para impedir a propagação de doenças, lentes de contato para prevenir cegueira em pacientes diabéticos, um aplicativo que monitora a saúde do coração, terapia genética para reparar nervos no cérebro e um braço robótico 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 contínuo 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 até um método para mapear neurônios no cérebro.

DIREÇÃO DA EVOLUÇÃO

Os seres humanos têm direcionado a evolução desde que começamos a transformar lobos de temíveis predadores no melhor amigo do homem há milhares de anos. Mas, usando a técnica da evolução dirigida inventada por Frances Arnold, da Caltech, vencedora do Prêmio Nobel de Química em 2018 , os cientistas podem ajustar com precisão o DNA das bactérias para benefício humano. Já, usando a técnica, ela e seus colegas desenvolveram bactérias que podem criar novas classes de antibióticos , forjar moléculas de silício orgânico e possuir controle termostático.

APRENDENDO COMO AS BACTÉRIAS FORMAM EUA E O MUNDO

Micróbios dentro e fora do corpo humano são os principais atores na saúde humana e na biosfera. Os pesquisadores da Caltech vincularam componentes do microbioma à doença inflamatória intestinal , doença de Parkinson , autismo , esclerose múltipla e ao bom funcionamento do sistema imunológico . Os microbiologistas também descobriram como certas bactérias são capazes de respirar arsênico e metano .

VER O UNIVERSO…

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

… E OUVINDO

O Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO), que foi concebido, construído 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 Prêmio Nobel de Física 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 rádio produzidas durante o mesmo evento cósmico: a colisão de duas estrelas de nêutrons .

PLANETAS, PLANETAS EM TODA PARTE

Nesta década, os pesquisadores da Caltech descobriram evidências de planetas em alguns lugares bastante improváveis ​​- inclusive em nosso próprio sistema solar . Esses planetas expandiram o entendimento de zonas habitáveis , a área ao redor de uma estrela-mãe, onde um planeta rochoso provavelmente tem água líquida; as relações entre planetas e suas estrelas ; e até da própria classificação planetária . Cientistas planetários desenvolveram novas ferramentas para procurar vida em outras partes do universo e até recrutaram milhares de cientistas cidadãos para ajudar a classificar planetas.

EM MISSÃO

O JPL, que Caltech gerencia para a NASA, lançou uma série de missões bem-sucedidas nesta década, mesmo quando as missões mais antigas terminaram. Em 2012, o Laboratório de Ciências de Marte pousou no Planeta Vermelho, depositando o curioso laboratório analítico Curiosity para procurar em Marte ambientes potencialmente habitáveis. 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 Júpiter 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 Laboratório Sismológico 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 estão na vanguarda da ciência do terremoto, usando medições de satélite e dados terrestres para conduzir um estudo detalhado do terremoto de 9.0 Tohoku-Oki de 2011 e mais recentemente técnicas avançadas de computação para identificar quase 2 milhões de minúsculos anteriormente não catalogados terremotos que ocorreram nos últimos 10 anos no sul da Califórnia; lançamento de uma iniciativa para cobrir a bacia de Los Angeles com 25 sensores sísmicos por milha quadrada ; e demonstrando o potencial doRede sísmica comunitária para detectar trepidações de edifícios . Os sismólogos da Caltech também avançaram uma nova técnica para o monitoramento de terremotos de alta resolução usando cabo de fibra óptica , tecnologia que foi implantada para rastrear réplicas da sequência 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 respiratório à medida que as águas subterrâneas são bombeadas para dentro e para fora da área.

… E REVELANDO SUA HISTÓRIA ANTIGA

A Caltech afastou o véu 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 geobiólogos investigaram as origens do oxigênio na Terra - um evento que tornou possível a vida como a conhecemos - e descobriram que uma única espécie de cianobactéria 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 na superfície 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 características em ambos os planetas que parecem ser os remanescentes geológicos dos megafloods.

CONFRONTAR DESAFIOS DE SUSTENTABILIDADE

À medida que a população mundial continua a crescer, os seres humanos precisarão cada vez mais encontrar maneiras de diminuir seu impacto no meio ambiente. Os cientistas da Caltech têm 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 método para acelerar o seqüestro de carbono atmosférico, desenvolveram novos catalisadores que poderiam ajudar a melhorar a produção de alimentos através de métodos ambientalmente amigáveis ​​de produção de fertilizantes e conduziram estudos para prever como a mudança climática ocorrerá. afetar os fenômenos climáticos . Mais recentemente, Stewart e Lynda Resnick ofereceram um presente de US $ 750 milhões que será usado 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, biocombustíveis, plásticos decompostos, recursos hídricos e ambientais, e engenharia de ecologia e biosfera.

ENCERRAMENTO DE COMBUSTÍVEIS LIMPOS

Encontrar fontes de combustível limpas e renováveis ​​é crucial para o bem-estar do meio ambiente e as necessidades de energia das gerações vindouras. Inspirados pela fotossíntese natural, os pesquisadores do Centro Conjunto de Fotossíntese Artificial criaram uma "folha artificial" que absorve dióxido de carbono, luz solar e água para produzir combustíveis de hidrogênio e outros revelaram um método para proteger os semicondutores da corrosão, um obstáculo importante no desenvolvimento de geradores movidos a energia solar que dividem a água para produzir combustível de hidrogênio. Em outros lugares do campus, os engenheiros descobriram que a produção de energia das turbinas eólicas pode ser aumentada drasticamente , otimizando o posicionamento das turbinas ; melhorou o design das células solares existentes, criando um novo tipo de célula solar flexívelisso melhora a absorção da luz solar; aprimorou a arquitetura dos painéis solares para reduzir as sombras nas células, aumentando a eficiência; e começou a desenvolver um sistema para coletar a luz solar, transformá-la em energia elétrica e transmitir sem fio essa eletricidade para a Terra .

TOMANDO LIÇÕES DE DESIGN DA NATUREZA

Os engenheiros da Caltech tiraram inspiração e lições da natureza. Um pesquisador construiu um bastão de robô voador a partir de silício, enquanto outro criou uma água-viva artificial em movimento livre usando células musculares e de silício 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 libélulas levaram à invenção de uma válvula cardíaca protética mais barata e duradoura, implantada em seu primeiro paciente em julho passado. Muitos desses avanços estão ocorrendo no novo Centro de Sistemas e Tecnologias Autônomos de 10.000 pés quadrados. (CAST), inaugurado em 2017, onde cientistas e pesquisadores da Caltech e JPL trabalham para unir inteligência artificial e robótica para criar sistemas autônomos totalmente incorporados.

MATERIAIS MELHORES, MAIS SEGUROS E MAIS FORTES

Novas técnicas pioneiras na Caltech podem produzir grafeno em poucos minutos à temperatura ambiente , reduzir a chance de o combustível de aviação explodir durante um acidente de avião e moldar a luz de maneiras exóticas e complexas . Além disso, a Caltech avançou na criação de metamateriais nanoarquitetados - materiais cujas estruturas foram projetadas em uma escala minúscula para criar propriedades incomuns - produzindo penas leves, mas materiais fortes , cerâmica não quebradiça e materiais que têm a capacidade de mudar de forma de maneira fina. maneira sintonizado , e 3-D estruturas impressão nanoescala de metal para a primeira vez. Materiais deformáveis ​​macios estão possibilitando a criação de robôs que não precisam de baterias ou motores e portas lógicas de computador que transmitem sinais através de vibrações físicas em vez de eletricidade.

ENGENHARIA MOLECULAR E QUÂNTICA

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 domínios microscópico e quântico, desenvolveram um dispositivo que pode pesar uma única molécula 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 líquidos quânticos que poderiam ser usados ​​na computação.

EMPURRANDO OS LIMITES DA INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

Engenheiros e cientistas da Caltech encontraram novos aplicativos para inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (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 instantâneo até a criação automática de um inventário de árvores de rua a partir de imagens de satélite e de ruas. A combinação da IA ​​com a tecnologia de drones permitiu que drones únicos agrupassem um bando de pássaros longe do espaço aéreo de um aeroporto e superassem o desafio de aterrissar sem problemas, apesar da turbulência 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 audiência reagirão. para um filme baseado em observações de alguns minutos.