23 luglio 2011

Optimized simulations of AL-288-1 (Lucy) walking bent-hip. Exclusive videos for linguaggiomacchina.it

Final Footprint Composite Final Footprint Composite.

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Optimized simulations of AL-288-1 walking erect with either human-like or chimp-like mass distribution always produce deeper heel than forefoot impressions, making heel contact first

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Optimized simulations of AL-288-1 walking bent-hip, bent-knee with either human-like or chimp-like mass distribution always produce deeper forefoot than heel impressions due to ankle dorsiflexion, making contact with the full foot.

Animations courtesy Dr. Bill Sellers www.animalsimulation.org.

Exclusive www.linguaggiomacchina.it


Notes:
- AL-288-1 (better known as Lucy) is by far the most complete record of locomotor morphology of early hominids currently available: Australopithecus afarensis.
- This is a research on ancient footprints coordinated by Robin H. Crompton (University of Liverpool).

Links:
- The Laetoli Footprint Trail: 3D reconstruction from texture; archiving, and reverse engineering of early hominin gait (Premog Project, Department of Human Anatomy and Cell Biology of the University of Liverpool)
- Walking tall after all (University of Liverpool, 2004)
- Robotics show Lucy walked upright (BBC news, 20 July 2005)
- What Posture and Ways of Walking Legacy Do We Have? (in: Back Pain vs. Good Posture, and Healthy Way Of Walking, 2011)

22 luglio 2011

Camminate umane di 3,7 milioni di anni fa studiate da ricercatori dell'università di Liverpool a partire dalle orme di Laetoli.

Liverpool Camminavamo da umani già 3,7 milioni di anni fa? Lo sostengono i ricercatori dell'università Liverpool, dopo aver simulato al computer i passi che originarono le undici orme di Laetoli, scoperte in Tanzania nel 1976. Secondo questa ricera le orme africane mostrano caratteristiche dei piedi e impronte tipiche dell'andatura da Sapiens. E la novità risiede nell'età di queste orme: più vecchia di due milioni di anni rispetto a ogni altra precedente ipotesi di camminata umana. Gran parte degli studi precedenti, infatti, indicavano che le caratteristiche del piede umano, come la capacità di usare l'alluce per spingere a terra e la posizione eretta a andatura bipede, si manifestò nel genere Homo non prima di 1,9 milioni di anni fa. Ho iniziato a interessarmi alle antiche orme dopo aver letto il romanzo di Arianna Dagnino, Fossili.
orme sapiens E oggi questa notizia mi stuzzica particolarmente, anche per le tecniche utilizzate dagli scienziati inglesi. Sfruttando tecniche impiegate nell'imaging funzionale cerebrale e metodi statistici, i ricercatori di Liverpool, insieme ai colleghi delle università di Manchester e Bournemouth, hanno ricavato una media tridimensionale delle impronte del sentiero di Laetoli, arrivando a dimostrare che le orme dei nostri antenati risalgono a 3.7 milioni di anni fa. Il risultato della ricerca è pubblicato sulla rivista della Royal Society: Interface).
Le orme di Laetoli, istantanea di pietra della camminata dei nostri antenati, continuano a dirci qualcosa a distanza di quasi quattro milioni di anni.
La figura in alto a sinistra mostra una simulazione al computer utilizzata per valutare il tipo di camminata a partire dalle orme. La figura a destra ritrare le impronte di Laetoli.
Andrea Mameli - www.linguaggiomacchina.it - 22 luglio 2011


Ancient footprints show human-like walking began nearly four million years ago University of Liverpool (July 20, 2011)

Human-like external function of the foot, and fully upright gait, confirmed in the 3.66 million year old Laetoli hominin footprints by topographic statistics, experimental footprint-formation and computer simulation Robin H. Crompton, Todd C. Pataky, Russell Savage, Kristiaan D'Août, Matthew R. Bennett, Michael H. Day, Karl Bates, Sarita Morse, William I. Sellers (Journal of the Royal Society Interface, 2011).
Abstract
It is commonly held that the major functional features of the human foot (e.g. a functional longitudinal medial arch, lateral to medial force transfer and hallucal (big-toe) push-off) appear only in the last 2 Myr, but functional interpretations of footbones and footprints of early human ancestors (hominins) prior to 2 million years ago (Mya) remain contradictory. Pixel-wise topographical statistical analysis of Laetoli footprint morphology, compared with results from experimental studies of footprint formation; foot-pressure measurements in bipedalism of humans and non-human great apes; and computer simulation techniques, indicate that most of these functional features were already present, albeit less strongly expressed than in ourselves, in the maker of the Laetoli G-1 footprint trail, 3.66 Mya. This finding provides strong support to those previous studies which have interpreted the G-1 prints as generally modern in aspect.

21 luglio 2011

Il punto tricritico quantistico e la conduzione elettrica senza sprechi. Uno studio pubblicato su Nature Communications.

SISSA Annullare le dispersioni nel trasporto di corrente elettrica sarebbe un autentico Eldorado per l'economia delle risorse energetiche. Questa sfida è quella delle ricerche sui materiali superconduttori a temperatura ambiente, utili per i treni a levitazione magnetica e per la risonanza magnetica, ma anche per i supercomputer del prossimo futuro. Massimo Capone e Gianluca Giovannetti, fisici del gruppo di ricerca Sissa-Democritos, spiegano in un articolo appena pubblicato su Nature Communications che una transizione di fase estremamente anomala è alla base delle proprietà dei superconduttori basati sul ferro (LaFeAsO): «Si tratta di un materiale complesso, costituito da atomi di Lantanio (La), Ferro (Fe), Arsenico (As) e Ossigeno (O)». In particolare lo studio delle proprietà magnetiche di questa famiglia di superconduttori ha rivelato che la capacità di condurre elettricità senza incontrare resistenza (o senza produrre calore) è connessa alla presenza di un punto tricritico quantistico.
Ma cos'è un punto tricritico quantistico? Nella materia "normale" ovvero quella in cui l'acqua bolle, a livello del mare a 100 gradi centigradi e congela a zero, l'acqua a una data temperatura può assumere solo uno o al massimo due stati, se si eccettua il cosiddetto "punto tricritico" nel quale convivono tre stati: vapore, li­quido e gassoso. In altre parole la coope­razione di tanti atomi e molecole è responsabile delle transizioni di fase (dall'acqua liquida al ghiaccio o al vapore). Invece nei sistemi quantistici, quelli studiati dalla fisica sub-atomica, il comportamento globale del sistema non è così semplice come quello dell'acqua. Il punto tricritico quantistico è uno stato della materia che si riscontra quando il materiale si trova in corrispondenza di una fase di transizione da uno stato quantistico a un altro, in particolare quando allo zero assoluto (273 gradi sotto zero) tre diverse fasi della materia diventano indistinguibili, analogamente alla coesistenza di acqua sotto forma liquida, gassosa e solida.
In prossimità di un punto critico quantistico il sistema potrebbe essere descritto come "indeciso" tra due fasi molto simili. Per questa indecisione si possono verificare effetti anomali. Uno di questi effetti è la superconduttività. Lo studio dimostra che un superconduttore a base di ferro si trova più facilmente vicino a un punto tricritico, con effetti significativi in termini di superconduttività. Ora la nuova sfida consiste nel capire se agendo su queste criticità sia possibile modificare le caratteristiche dei materiali e favorire una migliore conduzione di elettricità.
I risultati ottenuti — frutto della collaborazione tra i ricercatori dell’unità Sissa-Democritos, dell'Istituto Officina dei Materiali del Cnr, dell'Istituto dei sistemi complessi di Roma, dell'Institute for Theoretical Solid State Physics di Dresda e dell’Università di Vienna — suggeriscono che la superconduttività alle alte temperature (fino a 56°kelvin per questi composti, ovvero -217°C) sia frutto degli effetti quantistici associati a questa transizione.
Andrea Mameli www.linguaggiomacchina.it 22 luglio 2011

Proximity of Iron Pnictide Superconductors to a Quantum Tricritical Point Gianluca Giovannetti, Carmine Ortix, Martijn Marsman, Massimo Capone, Jeroen van den Brink e José Lorenzana, Nature Communications, 19 July 2011.
Abstract
In several materials, unconventional superconductivity appears nearby a quantum phase transition where long-range magnetic order vanishes as a function of a control parameter like charge doping, pressure or magnetic field. The nature of the quantum phase transition is of key relevance, because continuous transitions are expected to favour superconductivity, due to strong fluctuations. Discontinuous transitions, on the other hand, are not expected to have a similar role. Here we determine the nature of the magnetic quantum phase transition, which occurs as a function of doping, in the iron-based superconductor LaFeAsO1–xFx. We use constrained density functional calculations that provide ab initio coefficients for a Landau order parameter analysis. The outcome is intriguing, as this material turns out to be remarkably close to a quantum tricritical point, where the transition changes from continuous to discontinuous, and several susceptibilities diverge simultaneously. We discuss the consequences for superconductivity and the phase diagram.
Competing magnetically ordered states in LaOFeAs
Competing magnetically ordered states in LaOFeAs. (a) is the well-known magnetic stripe phase. (b) is the orthomagnetic phase with the nearest neighbours magnetic moments at right angles and (c) is the spin-charge ordered phase.

20 luglio 2011

Il rospo di Gallura. Le poesie scientifiche di Popinga.

Popinga Unione Sarda Poesie sulla matematica, la chimica e la fisica. Incarrighiane, limerick, clerihew e versi maltusiani. Il variegato repertorio di Marco Fulvio Barozzi, in arte Popinga, gli è utile per svolgere il compito di insegnante di matematica. Scienza Express ha pubblicato una raccolta delle poesie scientifiche di Popinga dal titolo “Giovanni Keplero aveva un gatto nero. Matematica e fisica in versi”. Ecco un esempio: “Un saggio rospo di uno stagno della Gallura mi spiegò la differenza tra calore e temperatura. “Il calore è l'energia di un moto disordinato di tutte le molecole di un corpo considerato, invece T è come la media di questa energia: non dipende dalla massa, e così sia. Così una pietra rovente ha T più elevata ma meno calore dello stagno in cui è gettata. Se le molecole tutta l'energia han perduto si ha la T più bassa, o zero assoluto. Al di sotto di questa non si può proprio andare: se il moto è già nullo, che media vui fare?” Con sguardo interrogativo mi disse “Ayò!”, salutò con gentilezza e nell'acqua si tuffò”.
popinga poesie scientifiche Barozzi, come nasce il libro?
«Raccoglie le poesie scritte per puro diletto negli ultimi quattro anni e pubblicate sul blog Popinga, nate osservando come il genere abbia una lunga tradizione nei paesi anglosassoni. In Italia ancora resistono una incomprensibile separazione tra cultura umanistica e scientifica e un'aura di sacralità che circonda le scienze e allontana il grande pubblico».
Pensate come esche educative, le rime raggiungono lo scopo a scuola?
«La maggior parte è stata pensata per un pubblico con una certa cultura scientifico-matematica. Diciamo che il target sono gli insegnanti, anche quelli di materie umanistiche. Oppure gli studenti degli ultimi due anni delle scuole secondarie di secondo grado. Solo alcune sono state utilizzate in classe come esche didattiche. Devo dire che quando le ho testate, come con “Il rospo di Gallura”, il divertimento iniziale si è trasformato in uno stimolo. Tuttavia scrivere una poesia umoristica con scopi didattici non è affatto facile, perché bisogna contemporaneamente suscitare riso e curiosità, senza banalizzare».
Andrea Mameli (L'Unione Sarda, Cultura, 20 luglio 2011)

19 luglio 2011

Nuove strategie di ricerca per restituire la locomozione perduta. Il progetto Spinal di Giuliano Taccola (SISSA).

Sissa deambulazione Trieste, 19 luglio 2011 - Nuove ricerche con l'obiettivo di restituire la capacità di camminare a chi l'ha perduta. Le conduce il ricercatore genovese Giuliano Taccola, coordinatore del laboratorio dedicato alle lesioni spinali Spinal della Sissa a Udine. Il laboratorio nasce dalla collaborazione tra la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste (SISSA), l’Istituto di Medicina Fisica e Riabilitazione dell’Ospedale Gervasutta di Udine, l’Associazione tetra-paraplegici Fvg, con il sostegno della Regione Friuli Venezia Giulia.
Giuliano Taccola ha messo a punto una nuova strategia per inviare stimoli elettrici al midollo spinale che a causa di una lesione ha perso la capacità coordinare la locomozione.
Secondo una ricerca condotta dalla fondazione Istud (in collaborazione con la Federazione delle associazioni italiane para-teraplegici e finanziata dall'Inail) le persone con lesione al midollo spinale in Italia sono circa 70 mila, quattro nuove ogni giorno.
Taccola illustra così la sua strategia: «inviare uno stimolo opportuno ai circuiti neuronali localizzati nel midollo lombare, noti come CPG (Central Pattern Generator), per indurre in risposta il passo anche in molti di coloro che hanno subito l’interruzione del midollo spinale in seguito a una lesione». Per farlo ha utilizzato come stimolo la traccia ottenuta precedentemente dalla registrazione dell’attività locomotoria: un po' come ascoltare la propria voce registrata.
«In pratica, nel preparato in vitro di midollo spinale ho registrato il programma locomotorio generato dal CPG spinale in risposta alla stimolazione chimica ottenuta attraverso l’applicazione di sostanze eccitatorie. Poi ho importato un segmento della registrazione di quest'attività e l’ho utilizzato come stimolo elettrico».
Il nuovo protocollo di stimolazione secondo la SISSA si è mostrato più efficace di quelli tradizionali utilizzati oggi in clinica e riabilitazione: è riuscito a evocare infatti un maggior numero di cicli locomotori. «L'analogo in vivo – precisa il neurobiologo - potrebbe essere un maggior numero di passi in risposta a uno stimolo della stessa durata».
«Dobbiamo considerare – continua Taccola - che non esistono due passi perfettamente identici, ognuno ha un profilo cinematico leggermente diverso dagli altri. Infatti anche quando vogliamo replicare un gesto, nonostante gli sforzi, non riusciamo mai a riproporlo esattamente uguale».
In altre parole il vantaggio di questo protocollo deriva dalla grande variabilità di cui sono dotate le onde di stimolazione utilizzate. La registrazione ottenuta dal campionamento dell'attività locomotoria possiede infatti una sua intrinseca variabilità di scarica, definita rumore. Per questo uno stimolo variabile dovrebbe riescire a dialogare meglio con i neuroni del circuito spinale, risultando più efficace nell’attivazione del programma locomotorio.
La locomozione è determinata da un programma locomotorio che corrisponde all'attività automatica di una rete di neuroni contenuti nel midollo toraco-lombare: il CPG. Esiste quindi un network spinale che può essere attivato e modulato dai centri sopraspinali. Sono loro per esempio ad attivare volontariamente la locomozione, la volontà di cambiare velocità o di fermarsi. Al CPG spinale arrivano però anche informazioni dalla periferia del corpo (come per esempio sulla posizione degli arti inferiori) e queste sono utilizzate per aggiustare in maniera involontaria il movimento e adattarlo a cambiamenti ambientali, come le condizioni del terreno.
In molte lesioni spinali, in seguito al trauma il CPG lombare rimane però scollegato dai centri sopraspinali e quindi non può più essere attivato volontariamente. Sembrerebbe comunque che in questi casi il midollo spinale, se opportunamente stimolato, può generare la locomozione in maniera automatica e indipendente dal controllo del cervello: «l’impulso cerebrale potrebbe essere sostituito da un trigger esterno, come un elettrostimolatore».
Esistono già protocolli di stimolazione, come quello per esempio utilizzato e illustrato sulla rivista Lancet dal team dell’Università di Louisville, UCLA e il California Institute of Technology con il giocatore di baseball Rob Summers, paralizzato dal torace in giù in seguito a una lesione alla colonna vertebrale. «Si tratta di treni di impulsi elettrici tutti uguali. Invece nel protocollo di stimolazione messo a punto nel laboratorio Spinal, ogni impulso è diverso dal precedente e dal successivo, così come ogni passo è diverso dall’altro in termini biomeccanici e per ogni passo sono probabilmente attivati neuroni diversi dello stesso circuito spinale».
Le ricadute applicative di questo lavoro potrebbero rivelarsi molto significative. Se i risultati saranno confermati anche in vivo allora la nuova strategia di stimolazione potrebbe essere facilmente trasferita negli attuali dispositivi clinici, come quello illustrato sulla rivista Lancet (Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study 20 maggio 2011) da gruppi di ricerca dell’Università di Louisville (UCLA) e del California Institute of Technology, con il giocatore di baseball Rob Summers, paralizzato dal torace in giù in seguito a una lesione alla colonna vertebrale.

The locomotor central pattern generator of the rat spinal cord in vitro is optimally activated by noisy dorsal root waveforms Giuliano Taccola, Journal of Neurophysiology, 22 May 2011.
Abstract
The spinal cord contains an intrinsic locomotor program driven by a central pattern generator that rhythmically activates flexor and extensor limb motor pools. While long-lasting locomotor activity can be generated pharmacologically, trains of afferent stimuli trigger only few locomotor cycles. The present study investigated whether a new electrical stimulation protocol (termed FListim) could elicit long-lasting fictive locomotion (FL) in the rat spinal cord in vitro. Thus, after first inducing FL by bath-applied NMDA and serotonin, the recorded waveform obtained from a lumbar ventral root was digitized and then applied to either a lumbar dorsal root or the cauda equina following washout of pharmacological agents. Two FListim cycles were the threshold input to evoke an episode of FL from ventral roots. Longer cycles (up to 1 min) induced sustained FL (up to 1 min) with stereotyped periodicity (2.2 ± 0.5 s), despite changing frequency (2 - 4 s) or cycle amplitude of FListim. Gradual filtering out of the noise from FListim trace concomitantly decreased the efficiency of FL so that stimulation with equivalent pure sinusoids produced asynchronous, irregular discharges only that could not be converted to FL by adding spontaneous basal activity. This study is the first demonstration that epochs of rhythmic locomotor-like oscillations applied to a dorsal root represent an efficient stimulus to evoke FL as long as they contain the electrophysiological noise produced within FL cycles. These observations suggest novel strategies to improve the efficiency of electrical stimulation delivered by clinical devices for neurorehabilitation after spinal injury.

Paralyzed Man Shows Remarkable Recovery Science Now 19 May 2011

18 luglio 2011

Anche il "Manuale di sopravvivenza energetica" al festival letterario di Perdasdefogu, il 25 luglio.

Perdasdefogu
Manuale di sopravvivenza energetica (Scienza Express, 2011) al festival letterario di Perdasdefogu: Sette sere, sette libri.
Insieme all'autore, Andrea Mameli, intervengono Mario Frongia, Andrea Mura, Giovanna Mura. Appuntamento il 25 luglio alle 21 e 30 in Piazzetta Fiori, a Perdasdefogu.

17 luglio 2011

Dal NIMBY al NIMEY. Se non vedo non contesto.

nimby Il 15 luglio, a Cagliari, esperti di generazione e distribuzione energetica, imprenditori, consiglieri regionali, il presidente dell'associazione degli industriali della Sardegna meridionale e l'assessore regionale all'industria si sono confrontati sul tema "Energia: una necessità e un’opportunità di sviluppo per la Sardegna" in un convegno organizzato dalla Cgil sarda. Un momento di approfondimento e di proposta di alto livello concluso con l'idea di convocare una conferenza regionale sull'energia.
Affronto qui di seguito solo una riflessione di superficie, riservandomi di entrare nel merito delle questioni scientifiche e delle politiche energetiche più avanti.
Ho ascoltato tutti gli interventi e ho notato che la stragrande maggioranza dei relatori ha indicato nell'eolico il nemico da tenere lontano. Il motivo? La visibilità delle pale. Allora inizio a pensare che dovremo coniare un nuovo acronimo: dal Nimby (Not In My Back Yard) al Nimey (Not In My EYes). Ovvero: se il motivo principale di contestazione agli impianti muove dal desiderio di non volere nel proprio territorio impianti di smaltimento dei rifiuti o di generazione energetica, a questo punto penso che il grosso della motivazione provenga dall'aspetto visivo dell'installazione. E questo spiegherebbe il gran rifiuto dell'eolico.
Ma non spiega allora perché nessuno (o quasi) storce il naso per i tralicci dell'alta tensione, di cui la Sardegna (ma il discorso si applica ovunque) pullula. Come se i tralicci e i cavi non si vedessero.
Forse, mi suggerisce Gianluca Carta, ingegnere energetico molto attento alla percezione pubblica del rischio, molto dipende dal livello di novità e dal grado di "utilità percepita": i cavi dell'alta tensione sono indispensabili perché mi portano l'energia elettrica a casa, mentre le pale eoliche non mi sembrano altrettanto utili.
Sarà questo il motivo dell'odio verso l'eolico e dell'indifferenza nei confronti dei tralicci dell'alta tensione? Analogamente dicasi per raffinerie di petrolio o altre grandi strutture a cui ci si è in qualche modo abituati. Anzi, visivamente assuefatti.
cavi sottomarini In questa sede non sto difendento l'eolico e non sto attaccando i tralicci o le raffinerie: sto solo cercando di capire l'origine degli atteggiamenti di rifiuto. Per farlo ho bisogno di analizzare meglio queste (e altre) reazioni e ritengo indispensabile consultare esperti di impatto sociale delle tecnologie. L'ho già scritto: tutto quello che si costruisce (come tutto quello che si estrae dal sottosuolo) ha conseguenze. Quel che mi interessa è capire in base a quali parametri si stilano le classifiche dei buoni e dei cattivi (Energia pulita? Patetico ossimoro. Linguaggio Macchina, 22 marzo 2011).
Ieri, al convegno, sono stati citati spesso anche i cavi sottomarini. Per i quali vale ancora pià di ogni altra cosa l'assunto non vedo, non contesto... Ancora una volta: non ce l'ho con i cavi, vorrei solo capire quali dinamiche scattano (in questo caso non scattano).

P.S.
Di questo passo si potrebbe andare vedere quali e quanti danni arrechiamo in luoghi lontani per esempio ove si estrae materia prima per l'elettronica (il tema stava a cuore al compianto Enrico Pili, autore di un "Reportage dalla Repubblica Democratica del Congo", in cui spunta il mercato dei minerali indispensabili per la telefonia cellulare) oppure i guai che si combiniano dove si va a prelevare carbone, gas, petrolio, uranio...
Viceversa, suggerisce Gianluca Carta, possiamo anche studiare gli effetti di un approccio ragionato e condiviso, come le Consensus Conference (nate 30 anni fa in Danimarca): DANISH-STYLE, CITIZEN-BASED DELIBERATIVE CONSENSUS CONFERENCES ON SCIENCE & TECHNOLOGY POLICY WORLDWIDE.

L’Osservatorio Nimby (Nimby Forum) in un’indagine promossa dall’istituto di ricerca Aris (Agenzia di Ricerche Informazione e Società) tre mesi fa ha pubblicato uno studio sulla sindrome NIMBY in Italia; tra le contestazioni a impianti per la produzione di energia elettrica oltre il 70% sono rivlti contro impianti eolici e centrali a biomasse, seguono idroelettrico e fotovoltaico.

Public Attitudes Towards Wind Power [Pdf] (By Steffen Damborg Danish Wind Industry Association, 2002)

L'atteggiamento del pubblico verso l'energia eolica (Eddyburg.it)

Public perceptions of electric power transmission lines Journal of Environmental Psychology
Volume 8, Issue 1, March 1988, Pages 19-43 (Lita Furby, Paul Slovic, Baruch Fischhoff, Robin Gregory, Eugene Research Institute, Oregon, USA).
Abstract
Electric power transmission lines have recently met a very significant amount of public opposition. The source of such opposition varies from case to case, and is often hard to identify. Stated objections have included land use conflicts, noise created by the lines, aesthetic concerns, and fears of health and safety threats. Despite the sometimes enormous costs and long delays caused by strong opposition to transmission line siting and construction, both utilities and governmental regulators seem baffled at why the public objects so vehemently. At the same time, opponents are often equally baffled at why their objections seem to go unheeded. As a step toward developing satisfactory solutions to the conflict, this article reviews and critiques the literature dealing with attitudes toward electric power transmission lines, and outlines a conceptual framework for understanding the determinants of those attitudes.