Ну так компенсация веса же архимедовой силой при погружении в жидкость, а вот с дыханием здесь действительно большие проблемы будут.
Интересной выглядит идея компенсации перегрузок диамагнитной левитацией:
...Магнитная микрогравитация, похоже, хорошо работает даже для сложных биологических систем. Несколько групп биофизиков - такие как руководимые Джеймсом Валлесом в Университете Броуна, Карлом Хазенштейном в Университете Юго-западной Луизианы, и Маркусом Брауном в Университете Бонна (Германия) - уже начали исследования откликов растений и животных на такую магнитно симулированную микрогравитацию. Биологические системы удивительно однородны относительно диамагнитной левитации: разные на первый взгляд компоненты, такие как вода, ткани, кости и кровь, отличаются по значению отношения магнитной восприимчивости к плотности вещества только на несколько процентов [11], что означает компенсацию гравитации по сложному живому организму с точностью лучше чем 0.1g. Далее, даже если присутствуют парамагнитные молекулы и ионы, как в крови, они дают вклад только в среднюю восприимчивость. Их сильный отклик на поле замывается температурой, Броуновским движением и гораздо более сильной связью с окружающими диамагнитными молекулами [11]. Выстраивание очень длинных биомолекул вдоль направления поля, возможно, является магнитным эффектом, скорее всего искажающим настоящую микрогравитацию в сложных системах [12]. К счастью, всегда можно проверить этот и другие не микрогравитационные эффекты, помещая систему в поле с идентичным, но горизонтальным градиентом, или в однородное поле такой же интенсивности. Интересный пример использования диамагнитной силы есть попытка показать, что в космосе магнитное поле может заменить гравитацию для направления роста растения: при развитии зародышей семена должны знать в каком направлении расти, чтобы успешно выйти на поверхность земли до истощения их ограниченных ресурсов. Наземные эксперименты Хазенштейна [13] указывают, что даже маленький постоянный магнит может служить указателем направления роста для растения на борту космического корабля.
Что касается возможных, все еще неизвестных, отрицательных влияний сильного постоянного магнитного поля на живые организмы (что само по себе интересная тема), не похоже, что такие эффекты значительны. Имея в виду медицинские применения, добровольцы провели до 40 часов внутри 4 T магнита без каких либо явных вредных последствий [11]. И другие подобные эксперименты, идущие сейчас в Государственном Университете Огайо, тоже указывают на отсутствие опасности по крайнее мере до 8 T, согласно Джону Шенку - ученому из научно-исследовательского центра корпорации Дженерал Электрик, Шенектиди, Нью Йорк. Поэтому когда исследователи из Университета Броуна обнаружили ненормальное развитие эмбриона лягушки в условиях искусственной микрогравитации, они скорее всего правильно объяснили этот эффект влиянием невесомости, нежели магнитного поля.
Наконец вернемся к ребенку, который хотел левитировать. Хотя вопрос провокационный, поучительно рассмотреть эту возможность: в конце концов, лидер религиозной секты в Англии предложил один миллион фунтов стерлингов за машину, которая бы левитировала его перед его прихожанами [14]. Величина магнитного поля, которая требуется для поддержания однородного значения вертикального градиента, возрастает с объемом. Существующие сверхпроводящие и Биттер магниты допускают левитацию объектов с размером в несколько сантиметров в диаметре. Согласно разработчикам магнитов из Национальной Лаборатории Больших Магнитных Полей в Талахассе, Флорида, существующая технология годится для объектов с размером примерно до 15 см. Левитация человека, однако, потребует специального магнита с размером беговой дорожки, с полем около 40 T и с непрерывным потреблением одного гигаватта мощности.
Полностью читать здесь:
http://www.scientific.ru/journal/translations/magn_ed.htmlЭто перевод статьи Андрея Гейма (Andrey Geim) Everyone's Magnetism, Physics Today, September 1998.
Оригинал:
http://www.ru.nl/publish/pages/561854/everyonesmagnetism.pdfУчёные провели опыты по левитации мышейНовая установка для левитации позволит в условиях Земли проверить влияние продолжительной невесомости на организм. Об эксперименте, выполняемом по заказу NASA, рассказали физики Юаньмин Лю (Yuanming Liu) из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) и Дамин Чжу (Da-Ming Zhu) из университета Миссури (University of Missouri — Kansas City) и их коллеги.
Другие авторы уже проводили опыты по левитации небольших лягушек и кузнечиков, но мыши, будучи ближе к людям по биологии, способны помочь в исследованиях по противодействию негативным эффектам снижения тяжести, какие ожидаются в дальних космических полётах и на поверхности других планет. Потому важно научиться моделировать как полную невесомость, так и слабую гравитацию, как на Марсе (0,38 g), Луне (0,16 g) или Европе (0,13 g).
Для корректной симуляции невесомости необходимо, чтобы некий «подвес» действовал на всю «толщу» организма. Потому струи воздуха и звук не подходят, и даже плавание в жидкости — не равноценная замена. Но Лю и Чжу использовали магнитную левитацию (magnetic levitation), точнее, её разновидность — диамагнитную левитацию.
Таким способом можно подвешивать в поле тяжести воду, а также живые объекты (в значительной мере состоящие из воды). Правда, для того чтобы левитировать могли сравнительно крупные тела, необходима очень большая магнитная индукция — порядка 15-16 тесла и даже выше.
Физики построили установку, основанную на сверхпроводящем магните (катушки из соединений ниобия, охлаждаемые жидким гелием), который способен регулировать силу своего поля. Центральное отверстие магнита насчитывает в диаметре 66 миллиметров, чего достаточно для размещения небольших млекопитающих. В нём остаётся комнатная температура.
Отверстие окружено пластиковой клеткой, представляющий собой миниатюрный мышиный дом. Сверху он открыт, чтобы в домик поступал воздух, а исследователи могли давать зверьку воду и пищу, а также проводить видеосъёмку. Снизу на полу — отверстия для удаления отходов.
Учёные поместили в левитатор трёхнедельных мышат весом 10 граммов, обеспечив им полную невесомость. Поначалу зверьки были взволнованы и дезориентированы, пытаясь ухватиться за стенки. Они вертелись в воздухе во все стороны. Но через три или четыре часа мыши акклиматизировались и даже спокойно ели и пили.
Авторы системы подчёркивают, что её преимущество — возможность выдерживать мышей в невесомости длительное время. Ранее такое было возможно только в космическом полёте. А тут вся работа может вестись в земной лаборатории, вместе со всем её потенциалом.
Американские специалисты отмечают, что ранее уже проводились эксперименты по длительному воздействию на крыс сверхсильного магнитного поля (но без создания эффекта левитации). После 10 недель в таком поле отрицательных эффектов выявлено не было.
Лю и его коллеги полагают, что столь крупный левитатор поспособствует освоению космоса. Ведь даже эксперименты на орбите не в состоянии ответить на все вопросы. Наземные опыты могли бы их удачно дополнить. Мало того что микрогравитация в космосе ослабляет опорно-двигательный аппарат человека, так ещё и на иммунную систему негативно влияет. Есть воздействие и на другие системы. Стало быть, тут есть что выяснять.
К тому же в космосе затруднительно организовать «частичную» силу тяжести, с которой столкнутся космонавты на Красной планете. Заранее «проверить Марс» на мышах было бы очень полезно.
Ну а первые результаты эксперимента по диамагнитной левитации мышек его авторы опубликовали в статье в Advances in Space Research:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117709005985http://www.membrana.ru/particle/14110Группе ученых из Лаборатории реактивного движения и Миссурийского университета в Канзас-Сити (США) удалось заставить мышь левитировать, используя сверхпроводящий магнит.
Необходимые для левитации исследуемого объекта условия создаются при его размещении в сильном внешнем магнитном поле. Как известно, вода, присутствующая в любом живом организме, обладает диамагнитными свойствами: под действием внешнего магнитного поля параметры движения электронов в ее молекулах несколько изменяются, что приводит к появлению слабого магнитного поля, направленного противоположно исходному. Возникающий эффект отталкивания позволяет преодолеть действие силы тяжести.
В своих опытах авторы использовали сверхпроводящий соленоид, охлажденный до криогенной температуры; при пропускании тока по обмотке создавалось магнитное поле с индукцией около 17 Тл. В зазоре магнита диаметром 66 мм поддерживалась комнатная температура.
Сначала ученые поместили в зазор пластиковую клетку, а затем запустили в нее мышь трехнедельного возраста массой всего 10 г. Животное оказалось дезориентировано и начало крутиться, пытаясь отыскать какую-нибудь опору. «Кажется, мыши не слишком понравилось это новое состояние, — говорит один из авторов работы Юаньмин Лю (Yuanming Liu). — Она ударялась о клетку и старалась за что-нибудь ухватиться». Впрочем, последующие эксперименты показали, что уже через 3–4 часа мыши привыкают к таким условиям и, левитируя, спокойно питаются и пьют.
Исследователи предлагают использовать подобные эксперименты для изучения воздействия микрогравитации на живые организмы и жидкости (в отдельной серии опытов авторы наблюдали левитацию капель воды диаметром до 50 мм). Специалистам также предстоит выяснить, как скажется длительное пребывание в столь сильном магнитном поле на здоровье мышей; проведенные ранее исследования показали, что для крыс поля с индукцией 9,4 Тл не представляют никакой опасности.
http://science.compulenta.ru/457950/Еще в 2006 году подобный метод был испытан на инфузориях:
Инфузориям создали искусственную гравитациюУчёные из университета Брауна (Brown University) — Кэрин Геворкян (Karine Guevorkian) и Джеймс Валлес (James Valles) — захотели посмотреть, как будут вести себя инфузории при сильном изменении гравитационного воздействия.
Подобные эксперименты часто проводили в космосе, но на этот раз использовали обычную лабораторию. Учёные поместили инфузорий в сосуд с водой, который поставили внутрь мощного электромагнита в Национальной лаборатории сильных магнитных полей (National High Magnetic Field Laboratory).
Особенность химического состава инфузорий такова, что магнитное поле на них действует слабее, чем на воду. Чтобы сделать воду более восприимчивой, исследователи добавили в неё вещество гадолиний-диэтилен-триамин-пентаацетат.
При включении электромагнита, воздействовавшего своим полем на воду, в ней создавалась сила, которая могла бы появиться при движении сосуда с десятикратным ускорением (при этом величина магнитной индукции достигала 30 тесла). Иными словами, вода становилась тяжелее.
Меняя направление магнитного поля, исследователи заметили, что инфузории при этом ведут себя по-разному. При возрастании гравитации микроорганизмы поднимались вверх. При нулевой силе тяжести — свободно плавали в любых направлениях. При обратном направлении гравитации они, наоборот, опускались вниз.
Повышая величину гравитации, Валлес и Геворкян протестировали выносливость инфузорий. Как показали опыты, при достижении восьмикратного ускорения эти микроскопические пловцы переставали двигаться, хотя и старались изо всех сил. На этом этапе эксперимента учёные рассчитали максимальное усилие, которое могли развивать микроорганизмы. Оно составило 0,7 наноньютонов.
В данной работе особого внимания заслуживают не столько результаты, сколько использованный метод исследования. Благодаря ему учёные теперь смогут изучать воздействие гравитации на малые биосистемы. В частности, делается возможным проводить эксперименты, которые раньше ставились только в условиях невесомости на космических станциях.
http://www.membrana.ru/particle/10608Здесь можно скачать три маленьких видеоролика о поведении инфузорий при различных перегрузках:
http://www.brown.edu/Administration/News_Bureau/2006-07/06-024.htmlSee also three short film clips:
Enhanced gravity: Paramecia swimming in a 20-tesla magnetic field, oriented to increase the effect of gravity five-fold (5G). Upward-swimming paramecia work much harder than they would in normal gravity (1G).
Inverted Gravity: Paramecia swimming in a 25-tesla magnetic field, oriented to create an inverse gravity effect. If they weren’t swimming, the paramecia would move quickly to the top of the frame, but in fact most paramecia swim downward, against the reversed effect of gravity.
Stalling Force: Paramecia swimming in a 30-tesla magnetic field, which increases the effect of gravity 10-fold. At this level, the increased effect of gravity equals the cells’ swimming force, effectively stalling the paramecia.
