Førsteklassinger og foreldre deltok i et forsøk i Chicago-området der de fikk utdelt nettbrett og et gratis mattespill.

• Les også: Lærer matte med et klikk

Etter bare en gangs bruk i uka kom disse elevene opp på nivå med klassekamerater fra mer mattevante familier, ifølge studien fra The University of Chicago.

Overraskende nok ga ikke enda oftere bruk videre uttelling hos denne gruppen. Forskerne tolker dette som at forspranget som de mattevennlige familiene har, raskt kan tas igjen.

Snakker lite om matte hjemme

Programmet Bedtime Math er laget spesielt for å brukes av barn og foreldre sammen.

Mange foreldre i USA er enten likegyldige eller føler seg usikre og snakker derfor lite om matematikk, sier forskerne i en nyhetsmelding fra universitetet.

– Foreldre er viktige. Vi bygger ikke kunnskap alene. Vi må diskutere det vi har opplevd og erfart med andre, bekrefter Jean-Baptiste Huynh overfor forskning.no. Han er matematikklærer, og har vært med på å utvikle den norske matte-appen DragonBox.

– Foreldre burde spille en større rolle, og ikke bare med lekser. Men det er litt vanskelig for foreldre, for de har ikke alltid gode verktøy for å samtale med barna om det de lærer, sier Huyhn.

Må handle om matte spesielt

587 familier deltok i studien. Litt under tre fjerdedeler fikk utdelt matte-appen, mens resten fikk en tilsvarende lese-app uten matte fra samme app-produsent.

Matte-appen hadde lesestykker og spørsmål innen telling, geometri, aritmetikk, altså for eksempel addisjon, multiplikasjon eller divisjon og enkel sannsynlighetsregning.

Forskerne kunne følge med på hvor ofte foreldrene brukte appene sammen med barna. Alle barna gjennomgikk prøver før forsøkene startet og etterpå, for å se hvor stor forbedringen var.

De fant en sammenheng mellom bruk og forbedring, men bare for de som brukte matte-appen. Det viser at det ikke hjelper med allmenne diskusjoner om akademiske emner i familien. Det må handle om matte spesielt.

Snakk med førskolebarn om former og rom

Selv om mattetalent til en viss grad er arvelig, betyr også miljøet mye. Det gir uttelling at matte er et tema i dagligprat i familiene.

• Les også: Lærer matte av å snakke matte

Det er viktig at foreldre snakker med 4-5-åringene sine om former og romlige egenskaper til ting og bruker ord som sirkel, høy, kant og hjørne, skriver forskerne i studien.

Stort marked for utdanningsapper

Flere egenskaper ved appen kan ha bidratt til den gode virkningen, ifølge forskerne. Den er enkel og uten distraherende elementer. Den er tilpasset læringsmålene i skolen. Og den er spesielt beregnet på å brukes av barn og foreldre sammen.

• Les også: Skeptisk til læring fra dataspill

– Disse funnene er spesielt viktige, sett i sammenheng med markedet for utdanningsapper på mange milliarder dollar, skriver forskerne bak studien i tidsskriftet Science.

Referanse og lenke:

Pressemelding fra The University of Chicago

Talia Berkowitz m.fl.: Math at home adds up to achievement in school, Science, 9. oktober 2015, doi:10.1126/science.aac7427, sammendrag.

Bedtime Math, nettstedet til produsenten av matte-appen.

I dag er vi konstant omringet av sensordata, trådløse nettverk, GPS-signaler og andre usynlige teknologier.

– Det har skjedd mye med teknologi de siste ti årene. Det som tidligere var et tungt teknologidrevet ingeniørfelt, er i dag hverdagslig for de fleste av oss. Skal vi ta teknologidiskusjonen ut av den tekniske sfæren og over i noe alle kan ha et forhold til, må den fremstilles på nye måter, sier Einar Sneve Martinussen ved Arkitektur- og designhøgskolen i Oslo (AHO).

Martinussen er interaksjonsdesigner og avsluttet nylig doktorgradsarbeidet sitt, der han har sett nærmere på hvordan teknologien kobler mennesker sammen og blir en del av kulturen og hverdagslivet. 

– Men vi vet lite om hvordan det fungerer. Det er behov for et språk for å forstå digital teknologi, slik at vi får flere stemmer med i teknologidiskusjoner. I dag er det fortsatt overlatt til ekspertene, mener han.

Synliggjør wifi og GPS med lys

Målet med hans egen forskning er derfor å nå ut til folk flest.

Han har i samarbeid med andre designere ved AHO laget en filmserie som synliggjør radiofeltene i Wifi, GPS og elektroniske billettsystemer som brukes til betaling, reise og logistikk.

En av filmene visualiserer trådløse nettverk på Grünerløkka i Oslo ved hjelp av en sensor og en fire meter høy «lysstav» utstyrt med 80 pærer. Jo flere pærer som er tent, jo sterkere signal. Når staven fotograferes med lang lukkertid mens den dras gjennom byen, blir et tverrsnittt av trådløse nettverk synliggjort.

En annen film viser unøyaktighetene i GPS-systemet (Global Positioning System). Såkalte satelittlamper er plassert rundt omkring i byen og fotografert over tid, og skifter lysstyrke utfra hvor gode GPS-forholdene er. 

Ikke eksotisk

Filmene har vist seg svært populære, med flere millioner visninger i hele verden. I Martinussens forskning er denne kulturelle formidlingen en viktig del av prosessen. 

– Det viser at det er behov for å forstå mer om teknologien som omringer oss hver dag. Dette er ikke fremtidsteknologi eller eksotisk på noe måte, men helt vanlige ting. Filmene gjør at vi kan delta i det kulturelle rommet rundt teknologien, gjennom design. Vi ønsker å bidra til å gjøre teknologien allment tilgjengelig, sier Martinussen.

Referanse:

Einar Sneve Martinussen. Pockets and Cities. Investigating and revealing the networked city through interaction design. Arkitektur- og designhøgskolen i Oslo (AHO), doktorgradsavhandling, 5. oktober 2015. Sammendrag.

Stammereligioner i Afrika. Buddhistiske tradisjoner i Japan, Korea og Sri Lanka. Kristne som er katolikker, pinsevenner eller protestanter.

Kunnskapen om religioner og religiøse grupper er overveldende. Derfor har forskere fra University of British Columbia i Canada satt i gang et prosjekt for å samle alle religioner i en enorm internettdatabase.

Det har blitt til et verdensomspennende prosjekt, som er støttet med 30 millioner dollar.

– Det er et enormt fremskritt. Når databasen er ferdig, kan forskere konstruere målrettede søk og spørsmål, hvor de kan trekke på hele religions- og kulturhistorien, sier professor Anders Klostergaard Petersen, som er koordinator for prosjektet. Til daglig er han professor i religionsvitenskap ved Aarhus Universitet.

Over 50 forskere fra hele verden legger inn informasjon om ulike religioner i databasen. De svarer på omkring 200 spørsmål om blant annet ritualer, tro på et liv etter døden, og hvem medlemmene av den religiøse gruppen er.

Livets store spørsmål

Prosjektet varer offisielt frem til 2018, men Petersen mener det kan komme til å ta 10 til 20 år å kartlegge all kunnskap om både Vishnu, Zevs, Allah og andre guder.

Han forklarer at forskere likevel kan bruke databasen før den er komplett:

– Vi håper å rekke å legge inn alle religioner, helt fra de første og fram til i dag, i løpet av et par år. Etter hvert kan vi drive mer og mer forskning ut fra databasen. Da vil det bli enklere å sammenligne religiøse grupper, sier Petersen.

Formålet med prosjektet er å besvare noen av de helt store spørsmålene om religion, kultur og samfunn. Hovedspørsmålet er om det er noen sammenheng mellom religion og hvor godt folk i et samfunn samarbeider.

Kollega: Nyttig som oppslagsverk

Nettopp disse spørsmålene har førsteamanuensis og religionsforsker Tim Jensen fra Syddansk Universitet bitt seg merke i. De kanadiske forskerne legger opp til en mer moderne religionsvitenskapelig tilnærming:

– Også folk flest kan få nytte av databasen: Det er mange som er interessert i religionens betydning for konflikt og sosialt samhold, og det er det som står i fokus her, sier Tim Jensen, som ikke er en del av prosjektet selv.

Han tror databasen kan bidra til å skape et overblikk over religioner som ikke er så kjent.

– Dette er, så vidt jeg vet, ikke gjort før. Det gir et overblikk basert på spesialistkunnskap, sier Jensen.

Ikke alt er relevant for alle

Anders Klostergaard Petersen mener en database åpner muligheter for å svare på religionshistoriske spørsmål.

Både han og Tim Jensen påpeker likevel at religionene vil beskrives på en forenklet måte:

– Vi er litt redde for at det blir litt standardisert, og vi insisterer på mer historisk nyansering. Jeg er skeptisk til en del av spørsmålene forskerne skal svare på. Spørreskjemaet legger opp til ja eller nei, selv om alle spørsmålene ikke er relevante for alle religioner, sier Petersen.

Ambisiøst prosjekt

Petersen mener likevel at prosjektet er viktig.

– Selvfølgelig er det også et element av storhetsvanvidd, men vi får se ha det blir mulig å få til. Vi må kunne tenke stort, sier han.

I videoen kan du se den offisielle introduksjonen til prosjektet. Du kan også lese mer om databasen her.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Tenk deg at du kunne sende deg selv og en smarttelefon tilbake til det pastellfargede åttitallet, til hockeysveisens tiår, da A-ha skinte som soler på TV.

Folk ville gapt av forundring over den lille rakkeren du dro opp av lomma. Så ville de skult beskjemmet ned på sine kilotunge monstre i bærebager.

Opprømt av suksessen og vel vitende om at du surfet på åttitallets stigende joggebølge ville du toppe deg selv ved å vise hvordan treningsappen plotter inn løpetidene.

• Les også: Følger elever med pulsmåler og GPS

Men det ville blitt en nedtur. Ditt alter ego på GPS-kartet – den lille røde blippen – ville aldri dukket opp.

Hva ville vært feil? En liten detalj hadde manglet – nærmere bestemt en sverm av satellitter over deg og din svinnende skare av beundrere.

Radio fra rommet

I dag hjelper over tretti GPS-satellitter oss å holde rede på hvor vi er, fra sine baner høyt over hodene våre.

Men hvordan virker GPS-systemet? Den forklaringen går dessverre også over hodet på de fleste av oss. Her er en forklaring som selv jeg kan forstå – og sikkert også du.

GPS-satellitten er egentlig en radiosender. Radiobølger ligner lysbølger, bare at radiobølgene er mye lengre. De går også med lysets hastighet – 300 000 kilometer i sekundet.

Tid er avstand

Radiosenderen på GPS-satellitten sender ut et signal. La oss si at klokka er ti. Signalet sier: «Nå er klokka ti, og jeg er akkurat HER.»

Så tar du imot dette signalet med GPS-mottakeren. Da er klokka di ett tolvdels sekund over ti. Aha – radiosignalet har brukt ett tolvdels sekund fra satellitten til deg.

Radiosignaler går med lysets fart, 300 000 kilometer i sekundet. En tolvdel av dette blir 25 000 kilometer. Det er avstanden mellom deg og satellitten.

Ikke nok med en

Men hva slags nytte har du av å vite at den stakkars satellitten svirrer rundt et bestemt sted der oppe, 25 000 kilometer unna deg? Det forteller deg ingenting om hvor du er.

Tenk deg at du ser det fra satellittens synsvinkel. Alle de stedene der du kan være, er som en diger kule med satellitten i sentrum og deg på kuleflaten, 25 000 kilometer unna. Det er til liten hjelp.

Konstruktørene av GPS-systemet hadde heldigvis sine lyse øyeblikk. De innså, med et resignert men tappert sukk, at det ikke holdt å sende opp en enslig GPS-satellitt. De måtte ha to.

Ikke nok med to

Hver satellitt har sin mulighetskule for hvor i all verden du kan være. Med to satellitter får du to mulighetskuler. Du må være på begge kulene.

Det skjer bare der kulene skjærer hverandre. De skjærer hverandre i en sirkel.

Aha – nå vet vi hvor du er. Du er på denne sirkelen et sted. Men sirkelen er mange tusen kilometer stor. Fornøyd? Nei.

Tilbake til tegnebrettet, kjære GPS-konstruktører. Eller kanskje heller til oppskytningsrampen.

Bergen eller stratosfæren?

Med tre GPS-satellitter og tre kuleflater begynner det nemlig å hjelpe. For hvor er det de tre flatene skjærer hverandre? Bare i to punkter.

Hva? Du kan da ikke være to steder på en gang? Nei, men her kan GPS-mottakeren din bruke litt sunn fornuft.

La oss si at det ene punktet ligger i Bergen, mens det andre punktet befinner seg et sted oppe i stratosfæren eller 13 kilometer nede i lavaen under Stillehavsryggen.

Hvor er det mest sannsynlig at du oppholder deg? Hvis du nøler med svaret, er du i alle fall ikke bergenser.

Ikke nok med tre

Vel – så vet vi nok til å kunne sette den lille røde blippen på GPS-kartet. Det er bare en hake.

Hvis du skal måle avstandene nøyaktig nok, må du måle tida veldig nøyaktig. Klokka på GPS-mobilen din må følge klokka på satellitten helt nøyaktig.

Nå vet jeg at din mobil er helt uovertruffent god og langt bedre enn min, uansett hvilket merke vi snakker om, men – beklager. Klokka holder ikke mål.

Tilbake til oppskytningsrampen. Enda en satellitt freser til værs. Hvordan kan den fjerde satellitten redde dagen – og tidtakinga?

Krympede kuler

Det er litt vanskeligere å forstå. Her er et skudd i mørket. Håper det treffer blink!

Den fjerde satellitten har også sin mulighetskule. Hvis klokka på din superdupermobil gikk helt perfekt, ville denne fjerde kuleflaten treffe ett av de to punktene.

Det ville bli helt klart at du ikke befant deg i stratosfæren eller lavasuppa, men i Bergen.

Men siden klokka ikke går helt likt med satellittklokkene, er alle de fire kulene målt litt feil. Hvis klokka di ligger litt bak riktig GPS-tid, har du målt litt for korte tider fra satellittene til deg. Alle avstandene blir litt for små. Kulene har blitt litt for små.

Kuler som bommer

Hvis klokka di ligger litt foran riktig GPS-tid, har du målt litt for lang tid. Alle avstandene har blitt litt for store. Kulene har blitt litt for store.

Uansett om klokka di går foran eller bak riktig GPS-tid – den fjerde kuleflaten treffer ikke ett av de to skjæringspunktene akkurat. Det er en liten avstand mellom kuleflata og det nærmeste skjæringspunktet.

Denne lille animasjonen forklarer hvordan den fjerde satellitten hjelper til med å stille klokka riktig på GPS-mottakeren i mobilen. (Animasjon: Arnfinn Christensen, forskning.no)

Kuler som treffer

Nå må vi prøve oss fram. Vi justerer klokka på mobilen din litt bakover. Da vil alle kuleflatene krympe litt.

Hvordan går det nå? Begynner den fjerde kuleflata å nærme seg det nærmeste av de to punktene? Nei, den glir bare lenger og lenger unna. Feil retning. Vi snur.

Nå justerer vi klokka på mobilen din litt framover. Da vil alle kuleflatene vokse litt.

Nå går det bedre. Den fjerde kuleflata begynner å nærme seg ett av punktene. Hurra – vi er på rett vei!

Vi fortsetter å justere klokka til den fjerde kuleflaten akkurat treffer ett av punktene. Hurra! Klokka viser riktig GPS-tid, og du er i Bergen!

Feil si’e ta jorda

Fire satellitter er altså nok til at GPS virker. Betyr det at alle de flittige folkene i GPS-satellittfabrikken kan settes på porten? Nei.

Satellitter har nemlig en stygg uvane. De går rundt jorda. Og de skjems ikke for å forsvinne rundt på baksiden av kloden. Baksiden, det er jo selvfølgelig alltid den siden hvor du ikke er.

Altså mister du kontakten med en eller flere satellitter. Du trenger flere. Du trenger så mange at du alltid har fri sikt til minst fire – helst enda fler, for de har det med å gjemme seg bak fjell og bygninger.

• Les også: Hvorfor blandes ikke signaler fra radio, telefon, internett og GPS i luften?

Kollisjonssikre

Derfor svirrer hele 31 GPS-satellitter rundt jorda 20 200 kilometer over bakken. Kollisjonsfaren er med andre ord overhengende.

Nei, det er den faktisk ikke. GPS-satellittene er fordelt på seks ulike baner. Alt er gjort for at de aldri skal havne på samme sted til samme tid. Det hadde vært særs lite nyttig.

Det perfekte sammentreffet hadde riktignok blitt et spektakulært fyrverkeri, men selv om blikkboksene hadde sneiet hverandre med en hårsbredd og katastrofen ble unngått, er to GPS-satellitter som står nær hverandre til liten nytte. Hvorfor?

Det viktige poenget er at satellittene er på forskjellige steder. Tenk på alle de overlappende kulene!

Men hva om vi går til ekstremer og setter alle satellittene oppå hverandre? Da oppfører de seg som en satellitt. Null effekt av flere. Hvis satellittene er nær hverandre, går det nesten like ille. Nøyaktigheten lider.

Derfor er det best for satellittene å lystre sersjantens iltre brøl: Spredning så i terrenget!

Ground control to major TomTom

Og GPS har faktisk militære aner. Systemet ble opprinnelig laget for at fartøyer skulle vite hvor de var, og for at raketter skulle finne veien til målet. Fortsatt bruker amerikanske soldater GPS i høyteknologisk krigføring.

Det er fortsatt det amerikanske luftvåpenet som følger satellittene i deres baner fra stasjoner rundt om på kloden.

Hvert annen time – noen ganger oftere – sender de radiosignaler opp til satellittene som forteller dem akkurat hvor de er og hva klokka er – ned til nesten et nanosekund.

Solstormer

Tross all denne nøyaktigheten – feil forekommer. GPS-satellittene lyder Murphys lov: Hvis det er noe som ikke kan gå galt, så går det likevel galt.

Og det som går galt, er klokka. Hvis tidssignalet er ett milliondels sekund feil, betyr det 300 meter feil på bakken. Hvorfor blir tidssignalet feil?

Noen ganger har sola skylda. Stormer av hete gasser fra vår personlige stjerne virvler ned mot jorda og lager nordlys og skyer av elektroner som forstyrrer eller avbøyer og forsinker tidssignalene.

Slike forstyrrelser i atmosfæren kan kartlegges, men er foreløpig vanskelig å varsle. Norske forskere arbeider for å lage et slikt værvarsel for solstormer.

Rødmende satellitt

Andre ganger går klokka på satellitten feil. Eller satellitten tar feil av hvor den er.

Hvis en satellitt er helt ute å kjøre, kan det amerikanske luftvåpenet gi den status som rød. De tar den ut av det gode selskap helt til den har lært å oppføre seg igjen.

Hvordan kunne du, Albert?

Einstein må også ta sin del av skylda for feilene. Relativitetsteorien sier at både farten til satellittene og tyngdekraften fra jorda påvirker klokkene.

De går ørlite feil – rundt 38 milliondels sekund per dag. Det tilsvarer 10 kilometers feil i avstandsmålingen til satellitten.

Dette vet GPS-klokkemakerne. De har derfor satt opp farten på klokkene aldri så lite. Istedenfor å gå med en telletakt på 10,23 millioner svingninger i sekundet er telletakten 10,22999999543 svingninger i sekundet. Her er guttene som kan holde takten.

Clintons første maitale

Før i tida la GPS-folkene faktisk inn en liten feil i tida bare for å være ekle. Nei, kanskje ikke akkurat ekle, men i alle fall for at vi sivilister ikke skulle få like nøyaktig posisjon som folka i felten.

Under Gulfkrigen i 1990-91 laget det problemer. Det var mangel på militære GPS-mottakere, og soldatene måtte bruke sivilistversjonen. Feilen ble kritisk på slagmarken, og militæret slo den av.

Første mai år 2000 bidro president Clinton til arbeidernes kampdag på sin spesielle måte: I en tale forkynte han militær GPS-presisjon til folket – permanent.

GPS-jammer

Men fienden kan også lage trøbbel. Vi med grått hår over ørene husker støysenderen i Kiev, som overdøvet kapitalistiske gladmeldinger og dekadent vestlig rock’n roll.

Den moderne varianten er GPS-jammere. De sender ut falske satellittsignaler og forvirrer GPS-mottakerne.

USAs regjering tror at slike jammere ble brukt både under Irak-krigen og i Afghanistan. Senest i konflikten i Ukraina kan slike jammere ha vært brukt.

Fienden kan også være noe så uskyldig som feil på TV-antenneforsterkere eller annen hverdagselektronikk. Da kan de lage radiostøy. Radiostøy er ikke GPS-gøy.

Multikult i rommet

GPS-satellittene får svingt seg med stadig flere likesinnede fra andre deler av verden.

Russerne har lenge hatt sitt GLONASS. Europa bygger sitt Galileo. Kineserne utvider sitt BeiDou til Global navigation system. Inderne krydrer det hele med GAGAN, som vil gjøre GPS og GLONASS mer nøyaktig.

Og nøyaktigheten kjenner ingen grenser, bokstavelig talt. USA, Europa og Japan har nye støttesystemer som snurper nøyaktighetsnettet enda tettere. Hvordan virker de?

Her er oppskriften: Sett ut GPS-mottakere på bakken. Disse punktene kjenner du posisjonen til veldig nøyaktig. De er en slags fasit.

Mål posisjonen med disse GPS-mottakerne. Stemmer de med fasit? Hvis ikke, mål avviket. Send avviket ut til deg og meg og alle andre brukere via en egen satellitt. Så kan vi – eller rettere sagt GPS-mottakerne våre – justere for feilen.

Amerikanernes støttesystem heter Wide Area Augmentation System (WAAS).  Europa har sitt Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS). Japan har bygget Multi-Functional Satellite Aigmentation System (MSAS).

Men alle følger de slagordet til de tre musketerene: En for alle, alle for en. Har du en mottaker som virker på ett system, så virker det på alle.

Dermed kan for eksempel et europeisk fly med EGNOS-utstyr bruke WAAS i USA for presisjonslandinger.

• Les også: Europeisk satellittnavigasjon testet langs vikingrute

Åpen slutt

Målet er å få satellittnavigasjon så pålitelig og presis som overhodet mulig. Så skuffende det enn kan høres ut, er ikke alle disse blikkboksene sendt opp for å holde styr på joggerundene dine. De har viktigere oppdrag.

Fly skal kunne lande i den tetteste tåkesuppa med centimeters presisjon. Kravene er ikke stort lavere når megatonnasje med brennbart i buken skal buksere mot boreplattformer.

GPS var begynnelsen. Slutten ser vi knapt. Nå vet du mye mer om hvordan det virker. Hva det kan brukes til, har vi bare så vidt begynt å finne ut av. Men vi har i alle fall kommet langt siden 1980-tallet.

I mange tiår har bakterier tjent samfunnet ved å produsere antibiotika – kjemiske forbindelser som kurerer infeksjonssykdommer.

Men mange mikroorganismer i naturen bærer kanskje oppskriften på framtidas medisiner med seg i sitt genmateriale, uten å ha «skrudd på» denne delen av arveanleggene.

Nå er bioteknologer ved Sintef og NTNU i gang med å utvikle teknologi som skal gjøre det lettere å finne og utnytte disse skjulte og ubrukte medisinfabrikkene i bakterier fra naturlige miljøer. Jakten vil bli konsentrert om bakterier fra havet.

– Målet vårt er å finne nye produserbare stoffer som kan drepe for eksempel kreftceller eller antibiotikaresistente bakterier. Teknologien vi utvikler, vil korte ned letetiden og effektivisere produksjonen av slike stoffer, sier seniorforsker Alexander Wentzel i Sintef.

Ubrukt arvemateriale i fokus

Mikroorganismer er en gruppebetegnelse som omfatter bakterier, sopp og gjær. Bakterier er så små at opptil flere milliarder av dem kan få plass i en milliliter flytende føde.

Da verden oppdaget mikroorganismer som kunne lage infeksjonshemmende stoffer, sto de naturlige egenskapene til organismene i fokus. De utvalgte organismene ble satt til kultivering.

I dyrkingsskålene produserte de isolerbare kjemiske forbindelser som de hadde brukt til å slåss mot andre mikroorganismer i naturens matfat. Dette ble starten på verdens antibiotikaproduksjon.

• Les også: Antibiotika fra kakerlakkhjerner

Men i håp om å utvikle nye kreftmedisiner og antibiotika som virker på resistente bakterier, har forskere og farmasiindustri nå begynt å interessere også seg for det arvestoffet i bakterier som ikke er aktivert når de dyrkes i laboratoriet.

– «Avskrudde» gener hos mikroorganismer kan utnyttes til å lage nyttige stoffer som i dag er helt ukjente. Men til nå har det vært tidkrevende å sirkle inn slikt arvestoff. Forskningsverdenen har vært henvist til å lete i et lite antall gener av gangen. Det er her teknologien vår kan hjelpe, sier Wentzel.

Jakt i mange prøver samtidig

Teknologien vil ifølge Wentzel gjøre det mulig å lete etter nyttige stoffer i et høyt antall prøver samtidig. I tillegg vil den gi en produksjon som er høy nok til at det går an å vurdere stoffenes potensial til å bli framtidige produkter.

Enkelt forklart skal forskerne «klippe ut» arvestoff fra et stort antall ulike mikroorganismer. DNA-et skal deretter overføres til dyrkbare bakterier – organismer med egenskaper som forskerne på forhånd har vært inne og endret. Endringene skal gjøre det mulig for disse organismene å «slå på» produksjon av nye stoffer som ikke kan produseres i den mikroorganismen DNA-et ble hentet fra.

Ved hjelp av systembiologi og syntetisk biologi vil forskerne utvikle slike mikroorganismer. Kulturer av disse vil bli satt til å produsere små testkvanta av alle de mulige produktene – og til å masseprodusere vinnerstoffene.        

Ikke-dyrkbare organismer inn i varmen

All medisin som har sitt utspring i mikroorganismer, har til nå stammet fra organismer som lar seg dyrke.

– Men bortimot 99 prosent av mikroorganismene i naturen lar seg ikke dyrke på laboratoriet. Målet for prosjektet vårt er at vi etter hvert skal kunne utnytte arveanlegg også fra disse organismene i produktjakten vår, sier Wentzel.

• Bakgrunn: Slik virker antibiotika

Ifølge forskeren er sannsynligheten stor for at det i denne store gruppen av mikroorganismer finnes avskrudde arveanlegg som kan produsere kjemikalier med til nå helt ukjent oppbygning og aktivitet.

– Det er ikke minst derfor at dette prosjektet er så spennende. Kanskje finner vi medisiner som kan bety forskjellen på liv og død for et stort antall framtidige pasienter, sier Wentzel.

Personen foran deg segner om med hjertestans. To minutter senere har du en hjertestarter i hånden, hentet fra frisøren like ved, samt en forsikring om at en sertifisert livredder forlater nærbutikken og er på vei til åstedet.

Et liv kan bli reddet – takket være en ambulansesjåførs idé og en teknisk løsning utviklet av datastudenter ved Universitetet i Stavanger. Appen heter ABCHjelp.

- Vi ble spurt om å utvikle en ny app som redder liv. Syv studenter har jobbet med den. Nå er den ferdig og ligger klar i app-butikkene til både iPhone, Android og Windows, sier Andreas Kvist, datastudent ved UiS.

Via programmeringskurset som inngår i bachelorprogrammet i data fikk UiS-studenter tilbud om å delta som utviklere i et reelt prosjekt, i stedet for å arbeide med individuelle innleveringsoppgaver.

Sjåfør uten ambulanse

Historien startet da Jarle Jr. Norheim, en ambulansesjåfør på Moi, brått stod uten ambulanse: Tjenesten ble lagt ned. Norheim forsto at det kunne bety livsfare ved hjertestans for innbyggerne i Moi og Lund kommune. Ambulansen ville nå ha en utrykningstid på 30 minutter.

Sjansen for overlevelse ved hjertestans minsker med ti prosent for hvert minutt som går uten hjelp.

– På Moi er det registrert ti hjertestartere. Samtidig finnes det en del mennesker som kan betjene dem, de er sertifiserte HLR-livreddere. Problemet er at få vet hvor hjertestarterne er eller hvor livredderne befinner seg. Jeg tenkte at dette måtte være et løsbart problem, forteller Norheim.

Ildsjeler

For å gjøre en lang historie kort: Norheim tok kontakt med faglærer Krisztian Balog ved Universitetet i Stavanger. Han tente på ideen og tilbød kompetansen til sine studenter.

– Jarle hadde en fantastisk idé som manglet en teknisk løsning. Prosjektet er samfunnsnyttig og teknisk utfordrende, og passet perfekt til datastudentene i fjerde semester, sier Balog.

– Takk og pris for det! Uten disse fantastiske ildsjelene på UiS hadde prosjektet fortsatt stått på bar bakke, sier Norheim.

Syv studenter ønsket å delta i prosjektet.

– Faglærer ga oss en unik mulighet. I stedet for å levere individuelle oppgaver, fikk vi arbeide med et prosjekt som går hånd i hånd med kursets innhold, samtidig som dets samfunnsnyttige verdi er en driver i seg selv, forteller Andreas Kvist.

Han var en av to som fikk oppgaven med å utvikle applikasjonen for Apple.

– Den største utfordringen har vært å lære så mye nytt. Programmering av applikasjoner var helt nytt for oss, det er et helt vanvittig område å gå inn i.  Vi tok for oss androidtelefoner og Iphone først, sier Nicolas Kolnes-Casis, en av Android-apputviklerne.

Android, Iphone og Windows Phone

– Tre ulike programmer måtte inkorporeres. Livredder-appen fungerer nå på Android, Iphone og Windows Phone, sier Kvist.

Det ligger hundrevis av timer med arbeid bak det ferdige resultatet – som ennå ikke er ferdig.

– Vi har arbeidet konstant med prosjektet siden mars. Vi fant ut at det ikke bare var å utvikle apper, vi måtte også kunne administrere en nettside og dens database med diverse tilganger.

– Dessuten har vi lært oss grafisk design, det inngår ikke i dataingeniørstudiet – for å si det sånn, sier Gustav Nødland, en av webutviklerne i prosjektet.

Fortsatte etter studiene

Kurset ble avsluttet i vår, men de tre studentene fortsetter å arbeide med prosjektet. Nettsiden ABCHjelp.no er i drift og ballen har startet å rulle.

– Vi kan jo ikke stoppe nå! Det er meningsfylt arbeid som gir oss en utrolig god kompetanse videre, for ikke å snakke om når vi skal ut i arbeidslivet, sier Nødland.

– Å starte med et prosjekt som ender i et ferdig produkt er veldig motiverende og lærerikt. Hensikten er at tjenesten skal fungere, sier Kvist.

Utfordring å finne alle hjertestarterne

Appene bygger på GPS-teknologi. Tanken bak appen er å varsle frivillige som er i nærheten av en person som har fått hjertestans. På appen vil brukeren se hvor pasienten befinner seg og hvor man kan finne de nærmeste hjertestarterne og sertifiserte livreddere.

Det er en omstendelig jobb å registrere alle hjertestartere og livreddere i landet, forklarer Kvist:

– Apotek1 har allerede et register over solgte hjertestartere i landet, men ingen oversikt om de er i bruk eller er utdaterte. Er batterier og elektroder fornyet? Vi kunne ikke lage et register med hjertestartere som muligens ikke var i drift.

Studentene begynte derfor registreringen fra null.

– Jarle har bredt kontaktnett, han er instruktør i HLR og holder kurs i livredning. På alle kurs han holder, forteller han om appen og får livreddere til å registrere seg. Det er også mulig å registrere seg på hjemmesiden ABCHjelp.no og på Facebook, sier Kolnes-Cassis.

Hele 1300 personer har registret seg som livreddere, og i appen er det så langt lagt inn 300 registrerte hjertestartere. ABCHjelp kartlegger personer som har HLR-kompetanse i realtid via GPS. Det gjør at appen kan hjelpe dem med hjertestans innen få minutter.

Ikke-kommersielt

Det er ikke kommersielle interesser tilknyttet prosjektet.

– Til nå har vi tatt penger fra egen lomme. Vi har fått litt støtte fra Innovasjon Norge til å produsere en animasjonsfilm som presenterer produktet. Det er viktig for oss at alt er gratis ved denne tjenesten: Appen er gratis og bruken er gratis, forklarer Nødland.

Ifølge utviklerne er dette den første tjenesten av sitt slag i Norge. Det finnes fullt utviklet apper som er i drift i Sverige og Danmark, men disse er privat drevet og har kommersielle interesser.

Redusert risiko

Tall fra Sverige viser at hjertestart-appen reduserer risiko ved hjertestans med opptil 30 prosent. Overlevelsesraten ligger på omtrent 70 prosent dersom pasienten får behandling innen fem minutter, men den synker med omtrent ti prosent for hvert minutt som går etter dette.

– Det er ikke alltid at en ambulanse rekker fram på så kort tid, sier Kvist.

Det er i år blitt fattet et nasjonalt vedtak om at det skal opprettes et statlig hjertestart-register.

– I dette registeret vil alle hjertestartere eid av staten bli registrert, de private er ikke inkludert. Vi håper at staten ser verdien i teknologien vi har utviklet, og at vi kan samarbeide videre med deling av registre, sier Kvist.

Pilot på Moi

Livredder-appen blir nå et pilotprosjekt i nettopp idéhaver Jarle Jr. Norheims bo-kommune Lund.

– Vi ønsker at Akuttmedisinsk kommunikasjonssentral (AMK), altså 113, bruker appen vår og opplyser varsler om hvor hjertestartere og livreddere befinner seg. Men AMK kan ikke bruke tjenesten uten godkjenning.

– Vi ønsker å få til en løsning med AMK, og skal ha et møte med dem innen kort tid. Da blir det spennende, sier Norheim. 

Han legger ikke skjul på at fullførelse av prosjektet avhenger av økonomi støtte fra staten.

– Prosjektet bruker eksisterende teknologi på nye områder. Det er et stort potensiale innenfor teknologisk utvikling av helsefaget. Ny bruk av programvare redder liv, så enkelt er det, sier Norheim.

Usynlighetskapper hører til i Harry Potter-bøkene, hvor de hjelper Harry, Ron og Hermione med å snike seg ubemerket rundt i gangene.

Men nå har amerikanske forskere funnet opp noe som kan nærme seg, skriver The Guardian.

Foreløpig kan det nye materialet bare skjule mikroskopiske gjenstander, men forskerne mener det utvikles til menneskestørrelse.

– Det er første gang vi har skjult vilkårlige former, forteller professor Xiang Zhang fra University of California til The Guardian. – Hvis du vil skjule mennesker, vil det nå være mulig.

Den nye studien er publisert i tidsskriftet Science, og du kan se en demonstrasjon av hvordan det virker i videoen øverst i artikkelen.

Ølvom blir til sixpack

Nanomaterialet får tredimensjonale former til å se flate ut. Det skjer ved å manipulere lyset. Det oppstår en illusjon om at det underliggende materialet har et helt annet utseende. Og hvis nanomaterialet kan produseres i tilstrekkelig størrelse, vil man i teorien kunne dekke hva som helst med det.

– Du kunne dekke en stridsvogn med det og få den til å ligne en sykkel, forteller Xiang Zhang til LiveScience.

– Du kan forestille deg at hvis noen har en stor mage, som meg, kan du legge dette laget over og få det til å ligne en sixpack, sier han til The Guardian.

Lang vei til usynlighetskappen

Det nye nanomaterialet er bare 50 nanometer tykt. Det består av magnesiumfluorid med et mønster av bitte små, firkantede gullantenner. Til sammenligning er et menneskehår omkring 100 000 nanometer (0,1 millimeter) tykt.

Forskerne dekket objekter som bare var 0,036 millimeter brede i nanomaterialet brukte lys med en bølgelengde på 730 nanometer (nesten infrarødt). På denne bølgelengden kunne nanomaterialet reflektere lyset nesten perfekt og dermed skjule materialet.

Det er et godt stykke fram til å konstruere noe som kan brukes i menneskestørrelse, men det er likevel et stort skritt framover fra tidligere forsøk på å lage «usynlighetskapper», understreker Xiang Zhang.

– Tidligere varianter har vært nokså klønete. Hvis du ville skjule kroppen din, ville du måtte bære rundt på en dings som er tre til fire ganger større, forteller han til The Guardian.

Skeptisk kollega

Det er fortsatt en klar ulempe ved det nye materialet. Foreløpig kan det bare skape usynlighetseffekten hvis det ligger helt stille. Dessuten oppfører lyset seg annerledes på større objekter, forteller en annen forsker.

– De hadde et lite objekt, en liten bulk. Med større objekter blir det annerledes. En del av dem vil ikke være opplyst; de ligger i skyggen, forteller førsteamanuensis Andrea Alù fra University of Texas, Austin til LiveScience. Han forsker selv på systemer som kan gjøre objekter usynlige og er skeptisk overfor den nye forskningen.

Til gjengjeld viser studien at det er mulig å styre hvordan lyset blir reflektert på tynne overflater av mikroskopiske objekter.

– Det vakre ved artikkelen er at du kan kontrollere refleksjonsoverflaten i en størrelsesorden som er mindre enn bølgelengden, forteller Alù.

Kanskje materialet kan brukes til bildeskjermer, siden det kan få enhver overflate til å se helt flat ut, mener Xiang Zhang.

Referanser:

Xingjie Ni, Zi Jing Wong, Michael Mrejen, Yuan Wang og Xiang Zhang: An ultrathin invisibility skin cloak for visible light. Science, 2015. DOI: 10.1126/science.aac9411. Sammendrag.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Det ser ut som en pistol der skjeftet er byttet ut med en lang nål. Ut fra sprøytespissen kommer nervegiften botox, som presses inn i pasientenes migrenesenter. 

Instrumentet er utviklet ved NTNU, basert på en oppfinnelse av legen Daniel Bratbak ved St. Olavs Hospital og brukes nå til å behandle migrenepasienter. 

Men for at kirurgene skal få plassert nålespissen mindre enn én millimeter fra målet, må navigasjonssystemet fortelle dem hvor spissen er til enhver tid – i tillegg til å vise det på en lettfattelig måte. Denne oppgaven har et knippe Sintef-forskere jobbet med siden 2014.

Presisjon er alfa og omega

I laboratoriet demonstrerer forsker Christian Askeland utstyret. «Pistolen» er rettet mot hodet på en dukke på benken. Hjernen er avbildet på en skjerm i bakgrunnen.

– Kirurgen trenger bildeveiledning mens han utfører kirurgi. Det er viktig å treffe og injisere innenfor fem millimeter, og det er en fordel at treffet er mindre enn én millimeter fra målet. Å kunne se ting på skjermen er derfor en forutsetning for å kunne bruke instrumentet, sier han.

I dag benyttes systemet BrainLab for å få opp snittbilder av hodet mens kirurgen jobber. Sintef-forskerne vil erstatte dette med sin egen forskningsplattform som vil være mer effektiv og tilpasset bruker. Det nye systemet har fått navnet CustusX.

– BrainLab kan brukes til alle typer operasjoner, men her snakker vi om en klart definert oppgave. Nemlig å stikke på et punkt, få nåla inn i en bane og så å treffe et bestemt senter. Da kan vi også dra nytte av en mer tilpasset løsning, mener Askeland.

Behov for skjerm og instrument i ett

Oppfinner og lege Daniel Bratbak har sitt daglige virke på Nevrokirurgisk avdeling på St. Olavs hospital, der jobben blant annet er å dempe symptomene til migrenepasienter.

Det som skaper klasehodepinen, eller migrenen, er at det settes i gang impulser i et senter som ligger fem til seks centimeter innenfor huden. Det er i dette senteret at botoxen injiseres. Impulsene reduseres eller fjernes i tre til ni måneder etter inngrepet. Så kommer pasienten tilbake for ny injeksjon.

– Pasienten ligger foran meg, og som kirurg må jeg være helt konsentrert om hvor jeg skal gå inn med sprøytespissen. Dersom jeg må flytte blikket opp mot en dataskjerm der bildeveiledningen er, betyr dette et avbrudd og at jeg må reorientere meg igjen, sier Bratbak.

Kirurgen så derfor behov for en liten skjerm som kunne holdes i samme synsfelt og hadde en idé om å montere en iPhone på instrumentet. Med dette mente han at han kunne operere med instrumentet og blikket rettet på ett sted.

Mer effektivt for pasientene

I dag går migrenepasientene inn på Kirurgisk avdeling for å bli behandlet. Med et bedre navigasjonssystem kan pasientene flyttes fra operasjonsrommet til poliklinikken der en nevrolog kan gjøre hele inngrepet. Dette kan effektivisere behandlingen betraktelig.

Christian Askeland arbeider nå med skjermvisualisering som skal forenkle det å plassere nålespissen akkurat der man ønsker.

– I tillegg skal vi visualisere veien mot målet på en bedre måte slik at kirurgen for eksempel ikke ved et uhell treffer på et bein på veien. Vi kjenner systemet godt og skreddersyr nå plattformen til nettopp migreneoperasjoner.

Askeland sier han ikke har bakgrunn for å si at den nye navigasjonen vil bli mer nøyaktig, men ved å samle alt innhold i ett verktøy slik at kirurgen slipper en reorientering, vil systemet utvilsomt bli mer brukervennlig.

–Det hjelper lite med god nøyaktighet i selve systemet om ikke brukeren får utnyttet det, avslutter han.