Kan havstrømninger etterlignes i et laboratorium?

Ja, mener forskere ved Bjerknessenteret i Bergen og Universitetet i Stavanger. De har bygget en 4,5 meter høy sløyfe av plastrør, en laserkanon og avansert måleutstyr for nettopp dette formålet.

Global sirkulasjon

Atlanterhavets mange vannstrømmer går i ulike retninger og på forskjellige dyp i havet. Når man skal forstå disse strømmene, er sjøvannets saltholdighet og temperatur viktige faktorer.

Store havstrømninger drives ikke bare av vind, men også av endringer i vannets temperatur (thermo) og saltholdighet (halo). Disse påvirker tettheten i vannet, slik at det utvider seg eller trekker seg sammen. Disse fysiske endringene skaper bevegelse i vannmassene og bidrar til å forme en global sirkulasjon av strømmer, fra de varmeste tropehav til de kaldeste polarstrøk.

Hele dette systemet kalles den thermohaline sirkulasjonen og Golfstrømmen er en viktig del av det. Golfstrømmens nordatlantiske avgreining passerer Norge på vei mot Polhavet, og en returstrøm passerer Grønland og Færøyene på vei sørover igjen.

Simulering

Det er dette systemet som nå skal gjenskapes i et laboratorium ved Universitetet i Stavanger (UiS). Vann med varierende temperatur og saltholdighet skal sirkulere gjennom plastrør i et forsøk på å simulere dette viktige kretsløpet i havet.

Eksperimentene skjer på det såkalte Flerfaselaboratoriet ved Institutt for petroleumsteknologi. I dette laboratoriet kan ulike væsker (på fagspråket kalt faser) sendes gjennom rørsløyfer og kanaler. Ved hjelp av avansert måleutstyr som høyhastighetskamera, laser eller ultralyd, kan forskerne undersøke væskestrømninger i kombinasjoner med gasser eller partikler.

Fra olje til klima

Denne typen eksperimenter gjøres vanligvis for å undersøke flyten av olje og gass i transportrørledninger og for å sirkulere ut borekaks-partikler under boring av lange, dype brønner.

Professor Rune Wiggo Time og senioringeniør Herimonja A. Rabenjafimanantsoa ser imidlertid også andre bruksområder. De vil bruke lignende strømningssystemer til å studere nettopp de havstrømmene som klimaforskerne på Bjerknessenteret er opptatt av.

Heldigvis er det høyt under taket på laben, der gjennomsiktige plastrør er koblet sammen til en 4,5 meter høy, lukket sløyfe. På innsiden drives en vannstrøm gjennom rørene termohalint, uten bruk av pumper.

– Sløyfa og sirkulasjonsmønsteret likner det vi bruker i eksperimenter med gassløft i brønner for økt oljeutvinning, sier professor Time.

Forskerne må likevel lage flere skreddersydde løsninger for å simulere havstrømmene. De skal blant annet utvikle raske, svært følsomme temperaturmålere og et datadrevet styringssystem for å måle og regulere temperatur og saltinnhold i vannet på ulike steder i sløyfa.

Hårfin balanse

I det virkelige havet er det slik at vannet som kommer sørfra i Atlanteren, er varmt og har høy saltholdighet. Selv om salt gjør vannet tyngre, mer enn oppveies dette av varmen, som gjør vannet lettere. Derfor ligger havstrømmen normalt høyt på vei nordover – typisk over de øverste 400–800 meter av vannsøylen.

I arktiske strøk kjøles vannet ned, men blir samtidig mindre salt på grunn av ferskvann fra elver og is i og rundt Polhavet. Selv om saltholdigheten er lavere her, synker vannet på grunn av kulda og blir til en «dypvannstrøm» på vei sørover igjen. Slik går kretsløpet rundt og rundt.

Men noe har endret seg.

Den hårfine balansen mellom saltholdighet og temperatur har i senere år blitt forrykket på grunn av global oppvarming, økt nedbør og forsterket issmelting. Smelting av Grønlandsisen er en viktig faktor i dette bildet. Økt tilførsel av ferskvann fører til at overflatevannet blir lettere, som igjen kan føre til at vi ikke får så mye varmt vann fra Nord-Atlanteren opp langs norskekysten.

Det foregår stadige diskusjoner blant havforskere om hvorvidt den termohaline sirkulasjonen, inkludert Golfstrømmen, bremses noe på grunn av dette.

Kompliserte sammenhenger

Når eksperimentet er i gang, kommer UiS-forskerne til å gjøre målinger av vannets ferd gjennom den simulerte havstrømmen. Målingene skal bidra til å justere og sjekke holdbarheten i modellene for havstrømmene.

– Hvor troverdige data vil dere få?

– De teoretiske modellene beskriver strømningen i havet på en ganske grov, men god måte. Virkeligheten er mer komplisert, det finnes mange lag av «elver» i havet og det finnes mange vanskelig forutsigbare drivkrefter, sier Time.

Noen drivkrefter er meteorologiske, knyttet til nedbør, vind, bølger og fordamping. Andre er såkalte treghetskrefter – blant annet knyttet til hvor lenge dyphavene globalt transporterer og oppbevarer sine kalde og tunge vannstrømmer.

– Laboratorieeksperimentet vårt følger teorien så godt det lar seg gjøre og vil vise om enkelte faktorer faktisk fanges inn her uten å være tatt inn i den enkle matematiske modellen. En viktig fordel med eksperimentet vårt er også at det med mindre modifikasjoner kan gjøres mer omfattende for å fange opp enda flere nyanser, sier Time.

Hytte ved et lite tjern i en stor skog. Praten går over frokostegg og brødskiver. Om kvinner som tar mannens navn ved giftemål, om Mjøndalens innsats i eliteserien, om stokkendene som ber om brød.

Men hvor mange kvinner skifter navn, og hvor mange mål scora MIF mot Sarpsborg, og er stokkender trekkfugler?

Det er ikke dekning for verken mobil eller internett i skogen. Antall mål og prosent forblir ubesvart.

Diskusjonene ruller over vinglass og kaffikopper. Hvordan var rettsoppgjørene for sørvietnameserne som samarbeidet med amerikanerne under Vietnamkrigen? Hva var reglene for Gammel jomfru, som vi spilte på hytta for så lenge siden? Hvor lenge har Curiosity rullet rundt på Mars?

Vi kan verken ringe en venn eller slå opp på forskning.no og wikipedia. Vi googler våre egne hukommelser og spør hverandre, men verken hjernen eller skogen gir svar.

Et hav av kunnskap

Diskusjonene har endret seg siden weben ble allemannseie fra 1995 og utover. Vatikanet og Oxford-bibloteket Bodleian var blant de aller første som la sin kunnskap åpen for oss. Etter det har vi fått tilgang til all verdens forskningsrapporter, leksikon, biblioteker og medier. Kunnskapen krøyp fra pc til mobil og er blitt med oss inn i alle diskusjoner.

Det tar et sekund å finne ut om stokkender reiser til Afrika og sjekke bilder fra Mars. Vi kan berike diskusjonen om gresk økonomi med faglige analyser.

Kvalitetssikret og forskningsbasert kunnskap er lett tilgjengelig på nettet, like kort unna som sludder og tøv. Men det skal ikke mye kildekritikk til før man kan slå fakta i bordet.

Blir vi mer stresset nå enn før?

Hver sommer advarer stressforskere, psykologer og samlivseksperter oss mot å tilbringe ferien pålogget. Kontakt med jobben går ut over kontakten med familien, og nettkontakt med venner går ut over kontakten med de som er rundt oss.

Men forskerne er ikke helt enige. Noen mener at konstant surfing og sjekking av meldinger stresser oss, andre tror det handler om hvordan vi håndterer jobbkontakten og informasjonsstrømmene, mens andre igjen mener at underholdende medieinnhold og sosiale medier får oss til å stresse ned.

Før og nå-perspektivet mangler. Var folk med krevende jobber mindre stresset før – da ugjorte oppgaver og uleste dokumenter fulgte med på ferien? Eller skaper det mer stress at eposten fra sjefen når deg på stranda?

Uansett er det krevende å organisere ferien avlogget, med sjekking av hoteller og veikart. Og om vi er stengt helt av, mister vi også muligheten for rask sjekking av fakta i diskusjoner, og for informasjon om språk, kultur og historien til stedet vi befinner oss.

Er folk dypere enn kunnskapskildene?

En annen bekymring er at den gode praten dør.

– Vi mister de lange, gode samtalene. Alt går hurtigere og vi blir mer rastløse. Evnen til tilstedeværelse blir svekket, sa psykolog Espen Idås til NRK for et par uker siden

Bekymringen har han til felles med andre eksperter, som mener at moderne kommunikasjon går ut over konsentrasjonen, vi får ikke lenger tid til lange tanker og dype samtaler.

Det har vært folk frykt og forskeres fokus lenge. Hvert nye medium blir utsatt for samme diskusjon – vi kommer ikke lenger til å prate sammen, mediet blir viktigere enn hverandre, mediet kan til og med føre til asosial adferd og vold. Sånn snakket folk og eksperter da filmen kom, da videomaskinen kom, da webben kom og da vi alle logget oss på Facebook.

Forskerne er nå ganske enige om at det ikke er maskinene og innholdet de produserer som er problemet, men menneskene. Og vi klarer oss ganske fint, vi tilpasser våre liv og omgang til nye medier.

Dårlig folkeskikk og manglende smidighet fungerer like lite i sosiale medier som på kaffebesøk. Lite har endret seg selv om vi har kommet nærmere hverandre og når lengre ut.

Skogens ro og hjernens hvile

Men joda, det gjør ikke noe å logge av Facebook-oppdateringene for en stund, for besøk gir mer. Vi klarer oss med nyhetene fra den gamle reiseradioen. Skogen gir mer ro enn Angry Birds.

Men diskusjonene hakker, nøler og stopper opp.

Det er ikke forsket mye på hvordan hukommelsen vår blir påvirket av at vi nå ikke lenger må huske fordi vi har tilgang på all verdens kunnskapskilder.

Psykiater og forsker Norman Doidge fra Colombia University er bekymret. Han mener at hukommelsen blir varig svekket av mindre pugging og mer oppslag.

Thomas Espeseth fra Universitetet i Oslo er enig i at vi husker dårligere visse typer informasjon, men mener at vi til gjengjeld er blitt flinkere til å huske hvor vi får tak i informasjon, at hjernen er blitt aktiv på andre måter.

Forskere på eldre hjerner er slett ikke pessimistiske. Studier på gamle nettbrukere viser at nettsøk gir god hjernetrening som styrker tanke- og læringsevnen. 

Aldri for mye informasjon

Kunnskapskløfter, information overload og manglende evne til kildekritikk var viktige forskningstema da webben kom. Det finnes mindre forskning på kunnskapsløftet, hva som har skjedd med de private og offentlige debattene etter at vi kan slå opp alt.

Det forskes mer på temperatur og trolling, enn på om diskusjonene har blitt mer kunnskapsbaserte. Både unge og eldre har dessuten blitt flinkere til å vurdere kildene i et medie som ikke lenger nytt og ukjent. Og nå er vi vel enige om at vi ikke kan få for mye informasjon, men bare bruke feil, ukritisk og for lite.

Hyttediskusjonene i skogen ble i alle fall ikke bedre uten tilgang på kunnskap. Og tilbake i sivilisasjonen kunne vi ikke lenger huske alt det vi lurte på – alle temaene vi skulle slå opp. 

Det spiller ikke så stor rolle om du mottar en telefonsamtale eller en diskré tekstmelding. Ethvert signal fra mobilen kan forstyrre deg nok til at du ikke klarer fokusere på det du skal, hevder en ny studie fra Florida State University.

– Selv om varslene fra mobilen er korte, kan de sette i gang tanker som er irrelevante for det du jobber med eller dagdrømming som ødelegger evnen til å utføre en oppgave, skriver forskerne i studien.

• Les også: Mobilprat sakker fotgjengere

Faktisk forstyrrer et diskré varsel, enten med lyd eller vibrering, like mye som aktiv bruk av telefonen, hevder forskerne.

Cary Stothart ved Florida State University ledet den nye studien. Ifølge en pressemelding fra universitetet er dette den første studien som har undersøkt hvilken effekt varslinger fra mobiltelefonen har på vår evne til å utføre en oppgave.

Distrahert av å vite

Stothart og kollegaene sammenlignet hvor godt forsøkspersoner klarte å utføre en konsentrasjonskrevende oppgave på en datamaskin. Først målte forskerne hvor godt forsøkspersonene gjorde det når de ikke ble utsatt for noen forstyrrelser. Deretter delte forskerne dem inn i tre grupper: Én som fikk en telefonoppringing, én som fikk en tekstmelding, og en tredje gruppe som ikke ble forstyrret av noen av delene under oppgaveløsningen.

De to første gruppene mottok automatiske telefonoppringinger og tekstmeldinger, uten å vite at det var en del av forsøket.

De som ble forstyrret av mobilen gjorde i snitt tre ganger flere feil i oppgaveløsningen enn de andre. Aller dårligst gikk det for de som ble oppringt.

• Les også: Mobilen stjeler øyeblikkene

I den nye studien tok ikke forsøkspersonene telefonen – de ble bare oppmerksomme på at noen hadde forsøkt å få tak i dem. Men tidligere studier har målt hvor distrahert vi blir av å bruke telefonen under oppgaveløsning. Da forskerne sammenlignet disse studiene med sin egen, så de at resultatene var sammenlignbare. Altså mister vi like mye konsentrasjon når vi lar være å svare på en tekstmelding eller oppringing, som når vi svarer.

Utrygg trafikk

Ifølge Trygg Trafikk er én av tre nordmenn uoppmerksomme når de kjører bil, ofte på grunn av mobiltelefonen. Fridulv Sagberg, seniorforsker ved Transportøkonomisk institutt, er ikke overrasket over de nye resultatene.

– Alt som trekker oppmerksomheten bort fra en primæroppgave, kan påvirke prestasjonsnivået. Effekten av en distraksjon henger sammen med hvor sterkt vi bevisst prioriterer primæroppgaven, og for eksempel konsentrerer oss om ikke å la oss påvirke av en telefon som ringer. Det er likevel viktig å være klar over at denne undersøkelsen ikke tok for seg bilkjøring.

– Hva vet vi nå om hvor farlig det er å bruke mobilen når vi kjører?

– Det har vært anslått at risikoen når en sender tekstmelding, er mer enn 20 ganger høyere enn under normal kjøring. Når det gjelder risiko under telefonsamtalen, er resultatene litt sprikende, sier Sagberg til forskning.no.

Han legger til at også distraksjoner utenfor bilen, som for eksempel reklameskilt, kan være svært distraherende. Og at flere studier viser økt risiko som følge av at sjåføren dagdrømmer og tenker på andre ting enn kjøringen.

Vil forske med bilsimulator

Selv om forskerne ved Florida State University ikke undersøkte om mobilen gjør oss til dårligere sjåfører, mener de at forskningsresultatene er særlig relevante for trafikksikkerheten.

• Les også: Mister fokus ved mobilprat

– Selv en liten distraksjon kan ha en alvorlig, potensielt livstruende effekt dersom den skjer på feil tidspunkt, sier Stothart, og fortsetter:

– Og i trafikken er det umulig å vite når «feil tidspunkt» kommer. Så forskningen vår tyder på at det tryggeste er å skru av lyden eller skru av mobilen og legge den helt bort når man kjører.

Nå vil Stothart og kollegaene hans gjennomføre et lignende eksperiment hvor forsøkspersonene kjører i en bilsimulator.

Referanse:

C. Stothart, A. Mitchum, C. Yehnert: The attentional cost of receiving a cell phone notification, Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, August 2015, Sammendrag

En 3D-printer kan lage proteser, medisinske implantater, leker, bildeler, bygningsmaterialer  —og til og med mat. Nå har ingeniører ved UC Berkeley og Chiao Tung-universitetet i Taiwan funnet ut hvordan man også kan 3D-printe små motstander, spoler, kondensatorer og trådløse sensorer.

– Dette er den første demonstrasjonen av 3D-printing av funksjonelle elektroniske komponenter og en trådløs sensor. En dag vil vi kunne laste ned filer fra nettet og printe ut nyttige gjenstander hjemme, sier Liwei Lin i en pressemelding. Han leder Berkeley Sensor and Actuator Center i California.

• Les også: Snart kan du 3D-printe din egen elektronikk

For å teste den nye teknologien monterte ingeniørene komponentene de printet ut i lokket til en melkekartong. Slik bygde de et «smart-lokk» med en innebygd sensor som holder øye med om melken har blitt gammel.

Studien ble i juli publisert i det åpent tilgjengelige nettidsskriftet Microsystems & Nanoengineering.

Voks og flytende metall

Utfordringen har vært at de fleste 3D-printere bruker polymer, fordi slikt plastmateriale er svært fleksibelt og formbart. Men disse materialene er ikke gode elektriske ledere.

Ingeniørene har derfor laget et nytt system som printer med polymer og voks. Når de deretter fjerner voksen, etterlater den seg hulrom som kan fylles med flytende metall.

• Les også: 3D-skriver bygger Eiffeltårn på syv minutter

Metallets form avgjør hva slags funksjon den printede gjenstanden har: Tynne metalliske ledere fungerer som motstander, mens flate plater fungerer som kondensatorer.

Et smart lokk

Etter å ha bygd det smarte lokket, ristet ingeniørene melkekartongen slik at lokket kom i kontakt med melken. Så lot de kartongen stå i romtemperatur i 36 timer.

Når det blir flere bakterier endrer de på melkens elektroniske egenskaper. Dermed kunne lokket måle utviklingen i melken og sende fra seg resultatene gjennom en 3D-printet trådløs sensor.

– På sikt kan 3D-printing gjøre elektroniske komponenter så rimelige at de kan integreres i emballasje. Slik kan emballasjen si fra når maten ikke lenger er trygg å spise. Vi kan se for oss at vi kan bruke mobilen til å sjekke hvor fersk matvarene i butikken er, sier Lin.

Mange muligheter

Steinar Killi er professor ved Arkitektur- og designhøyskolen i Oslo, og har lenge fulgt utviklingen innen 3D-printing.

– Det som beskrives har blitt diskutert i flere år. Nå virker det som vi kan vente oss mange spennende nyheter i månedene og årene som kommer. Hvis man klarer å lage avansert elektronikk, med full formfrihet, til en rimelig pris, kan svært mye skje, sier Killi.

• Les også: 3D-printer kan lage syntetisk vev

Likevel ser han ikke for seg at vi snart kommer til å printe ut våre egne elektroniske dingser hjemme.

– Teknologien må gjøre store sprang i kvalitet, pris, og brukervennlighet før dette kan bli et dagligdags «apparat» man har hjemme. Men entusiaster og små bedrifter har allerede stor glede og nytte av 3D-printere, og det er nok først og fremst de som vil stå for økningen i markedet, sier han og legger til:

– Et lite hjertesukk: Jeg synes det er leit at det printes ut så mye ræl av plast, basert på alle filene som flyter rundt på nettet. Men det er kanskje nødvendig for at denne teknologien skal utvikle seg.

Heller ikke de forskerne bak det smarte melkekartonglokket tror at vi i framtiden vil printe ut våre egne mobiltelefoner hjemme.

– Det er vanskelig fordi moderne elektronikk er ekstremt smått. Det er nok heller ikke praktisk fordi moderne kretskort er produsert i store mengder for å holde kostnadene nede. 3D-printing er nok heller en stor mulighet for spesialdesignede systemer, sier Lin.

Han jobber nå med å finne medisinske bruksområder for teknologien. En mulighet er sensorer som settes inn i kroppen, og som for eksempel måler blodtrykket.

Referanse:

Sung-Yueh Wu, Chen Yang, Wensyang Hsu & Liwei Lin: 3D-printed microelectronics for integrated circuitry and passive wireless sensors. Microsystems & Nanoengineering 1, 2015. DOI:10.1038/micronano.2015.13 Sammendrag.