Шумоподавляющая ткань | 6 минут термоядерного синтеза | Лазерная связь в космосе | Вакцина от рака
В связи с ограничением длины поста, Источники можно посмотреть в описании видео.
Батареи из куриного жира
Суперконденсаторы - это устройства для накопления энергии, которые играют важную роль в переходе к возобновляемым источникам энергии. Однако многие используемые в них материалы дороги и вредны для окружающей среды. Исследователи разработали метод получения электропроводящих углеродных наноструктур из отходов куриного жира для создания более экологичных электродов для суперконденсаторов.
Сначала они использовали газовую горелку для выжимания жира из курицы. Затем растопленный жир сжигали фитильным методом, аналогично масляной лампе. Образовавшуюся сажу, содержащую углеродные наноструктуры, собирали. Электронная микроскопия показала, что они представляют собой однородные сферические решетки из концентрических графитовых колец, похожие на слои лука.
Для улучшения электрических свойств углеродные наночастицы обрабатывали тиомочевиной. Полученные электроды продемонстрировали хорошую емкость, долговечность, высокую плотность энергии и мощности в асимметричном суперконденсаторе. Обработка тиомочевиной дополнительно повысила их характеристики.
Новый суперконденсатор смог успешно питать светодиоды разных цветов, что демонстрирует практическое применение технологии. Со слов учёных, использование пищевых отходов вместо дорогих углеродных материалов делает этот метод более экологичным и экономичным способом производства энергоэффективных накопителей энергии.
Накопитель энергии на кристалле
Стремление уменьшить размеры и повысить энергоэффективность электронных устройств требует размещения накопителей энергии непосредственно на микросхемах. Однако существующие технологии не могут обеспечить необходимую высокую плотность энергии и мощности в таких миниатюрных конденсаторах.
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли решили эту проблему, достигнув рекордных показателей в микроконденсаторах из искусственных пленок оксидов гафния (HfO2) и циркония (ZrO2). Они использовали материалы и технологии, уже применяемые в микросхемах.
В отличие от батарей, конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле между обкладками, разделенными диэлектриком. Обычно конденсаторы имеют низкую плотность энергии, которая уменьшается при миниатюризации. Ученые создали пленки HfO2-ZrO2 со специальным составом, демонстрирующим отрицательный эффект емкости. При определенных условиях эти пленки способны очень легко поляризоваться даже слабым электрическим полем, что позволяет значительно увеличить накапливаемый заряд и энергию.
Добавление тонких слоев оксида алюминия позволило нарастить толщину пленок до 100 нм, сохранив их свойства. Пленки были интегрированы в 3D-структуры микроконденсаторов с глубокими траншеями в кремнии для увеличения емкости на единицу площади.
Полученные микроконденсаторы продемонстрировали плотность энергии в 9 раз и удельную мощность в 170 раз выше, чем у лучших современных электростатических конденсаторов. Это открывает новые возможности для эффективного накопления энергии непосредственно в микроустройствах, таких как датчики Интернета вещей, системы ИИ и передовые вычислительные системы.
Роботы-улитки
Команда исследователей из Гонконгского университета создала модульных роботов, вдохновленных анатомией наземных улиток. Эти роботы имеют сферический металлический корпус, напоминающий раковину улитки, и широкие гусеничные движители с встроенными магнитами для передвижения по различным поверхностям.
Ключевая инновация - двухрежимный механизм соединения роботов, аналогичный тому, как улитки прикрепляются к поверхностям. В свободном режиме роботы используют магнитные гусеницы для плавного перемещения и реконфигурации, соединяясь и отсоединяясь друг от друга. В усиленном режиме выдвигается вакуумная присоска с направленными полимерными стержнями, имитирующими структуру гекконовых лапок, для создания очень прочного соединения.
Отдельный робот может преодолевать неровные каменистые поверхности, подниматься по ступенькам высотой до 1 см и пересекать небольшие зазоры благодаря мобильности своих гусениц. Однако для преодоления более крупных препятствий несколько роботов должны объединяться в большие конструкции, формируя своеобразные роботизированные руки или мосты совместными усилиями.
В экспериментах группы из нескольких роботов продемонстрировали возможность взбираться на каменные уступы высотой в 1,5 раза больше одного робота, преодолевать неровные булыжные дороги и даже пересекать траншеи шириной 30 см, образуя "живой" мост. Роботы также могут формировать манипуляционные "руки" для перемещения объектов.
По заверению учёных, такие модульные наземные роботы-улитки с реконфигурируемой архитектурой потенциально могут применяться для полевых исследований сложных ландшафтов, проведения поисково-спасательных работ в условиях разрушений, а также в будущем - для исследования поверхностей других планет в космических миссиях.
Шумоподавляющая ткань
В современном шумном мире нежелательные звуки остаются серьезной проблемой, будь то уличный гул (низкочастотный шумовой фон от транспорта и других источников) за окном, громкий телевизор соседей или звуки из офиса. Чтобы создавать тихое пространство, исследователи из MIT и других организаций разработали инновационную шумоподавляющую ткань.
Эта ткань, едва толще человеческого волоса, содержит специальное пьезоэлектрическое волокно (материала, который генерирует электрический сигнал при сжатии или сгибании за счет пьезоэффекта). Когда на волокно подается напряжение, оно начинает вибрировать. Используя эти вибрации, ткань может подавлять звук двумя способами.
В первом случае вибрирующая ткань генерирует звуковые волны, которые создают помехи нежелательному шуму, нейтрализуя его. Этот метод работает аналогично шумоподавляющим наушникам, но эффективен лишь в небольшом пространстве.
Второй, более эффективный метод заключается в удержании ткани неподвижной для подавления вибраций, являющихся ключевыми для передачи звука. Это предотвращает распространение шума через ткань, снижая его громкость за ее пределами. Данный подход позволяет снизить уровень шума в больших помещениях, например, в комнатах.
Используя обычные материалы вроде шелка, холста и муслина, исследователи создали практичные в использовании шумоподавляющие ткани. К примеру, из такой ткани можно изготовить перегородки в открытых офисах или тонкие звукоизолирующие стенки.
Размер пор ткани и ее механические свойства влияют на эффективность шумоподавления при разных частотах звука.
Тестирование продемонстрировало, что шумоподавляющая ткань может значительно снизить громкость звуков громкостью до 65 дБ (уровня оживленного разговора) в режиме создания помех, а в режиме виброгашения уменьшить передачу звука на 75%.
В дальнейшем исследователи планируют изучить возможность блокировки звука на нескольких частотах одновременно с помощью сложной обработки сигналов и дополнительной электроники. Также они хотят оптимизировать архитектуру самой ткани, варьируя число волокон, направление их размещения, величину подаваемого напряжения и прочие параметры для повышения эффективности шумоподавления.
Технологии мидий в производстве
Наноразмерные материалы обладают уникальными свойствами, открывающими новые возможности в различных областях, таких как молекулярное зондирование и фототермическая терапия. Однако их применение затруднено из-за проблем с быстрым и равномерным нанесением монослоя наночастиц на поверхности, что критично для создания устройств.
Традиционный метод электростатической сборки, при котором наночастицы притягиваются к заряженной поверхности, имеет недостаток - длительное время процесса. Авторы вдохновились способом, которым мидии прикрепляются к поверхностям в воде, высвобождая аминокислоты для диссоциации (разделения) молекул воды.
Они разработали аналогичный "протонный" подход, вводя избыточные протоны для удаления гидроксильных групп с поверхности, усиливая электростатическое притяжение наночастиц. Это позволило осаждать монослой за 10 секунд с 40% покрытием пластины диаметром 2 дюйма. Скорость нанесения в 100-1000 раз выше традиционных методов. Заряженный характер процесса обеспечивает "заживление" монослоя и структурирование наночастиц. Также изготовлены полноцветные отражающие метаповерхности.
Этот биоинспирированный метод важен для массового производства функциональных наноматериалов для различных применений - от фотоники и электроники до энергетики и охраны окружающей среды.
6 минут термоядерного синтеза
Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) установили новый рекорд по длительности удержания экстремально горячей термоядерной плазмы (около 50 миллионов градусов Цельсия) в термоядерном реакторе, облицованном вольфрамом. Реактор, известный как WEST, выдерживал такую плазму в течение 6 минут при впрыске 1,15 гигаджоулей энергии.
Вольфрам считается перспективным материалом для коммерческих термоядерных реакторов, так как он не удерживает топливо, в отличие от ранее использовавшегося графита. Однако работа с вольфрамом сложнее, так как попадание его частиц в плазму быстро охлаждает ее.
Для точных измерений параметров плазмы исследователи PPPL использовали новый диагностический прибор - мультиэнергетическую мягкую рентгеновскую камеру. Она измеряет рентгеновское тормозное излучение плазмы в диапазоне 11-18 килоэлектронвольт.
Новаторская методика калибровки позволяет получать одновременные показания температуры плазмы на разных энергетических уровнях по всему ее сечению с высокой точностью. Так удалось зафиксировать рекордную температуру около 50 млн °C, при напряжении от 4 до 4,5 кВ.
Диагностика также позволяет определять концентрацию примесей вольфрама в плазме, что критично важно для работы в металлической среде. Компьютерное моделирование подтвердило соответствие измерений реальным параметрам.
LFP аккумулятор в электрокаре
Ни для кого не секрет, что Китай является лидером по производству аккумуляторов, и соответственно именно в Китае в первую очередь внедряются все передовые технологии в этой области. И вот одна из таких технологий добралась до коммерческого рынка. Думаю, она не новая, так как не помню, чтобы я её обозревал, а значит путь её от лаборатории до завода составил не меньше 2-х лет.
И так, Китайская компания CATL представила новую версию своего высокопроизводительного аккумулятора Shenxing под названием Shenxing Plus. Это первый литий-железо-фосфатный (LFP) аккумулятор, обеспечивающий запас хода более 1000 км (620 миль) на одном заряде.
В отличие от предыдущей модели Qilin на основе никель-марганец-кобальта (NMC), Shenxing Plus использует более доступные и термостойкие материалы LFP. Однако плотность энергии LFP обычно ниже, чем у NMC.
CATL сумела повысить плотность энергии Shenxing Plus выше 205 Вт*ч/кг, что превышает типичные значения для LFP аккумуляторов в среднем 90-160 единиц. Это достигнуто за счет новых материалов и 3D-сотовой структуры анода, контролирующей расширение при зарядке/разрядке. Единый корпус элемента также оптимизирует внутреннее пространство.
Кроме большого запаса хода, Shenxing Plus обеспечивает сверхбыструю зарядку - 600 км (373 мили) за 10 минут, или 1 км/секунду. Это стало возможным благодаря литий-ионному проводящему покрытию, добавкам переходных металлов и нанометровой изоляции для эффективной передачи между анодом и катодом. Также расширенная зона тока обеспечивает безопасный отвод тепла.
CATL планирует расширить использование батарей Shenxing до более 50 моделей автомобилей к концу 2024 года после успешного внедрения оригинальной версии Shenxing.
Лазерная связь в космосе
На борту космического аппарата НАСА "Психея", направляющегося к одноименному астероиду, проводится демонстрация технологии оптической (лазерной) связи в дальнем космосе. Хотя для передачи данных миссии "Психея" используется традиционная радиосвязь, новая лазерная система доказала свою работоспособность.
8 апреля, находясь на расстоянии более 226 миллионов км от Земли (в 1,5 раза дальше, чем Солнце), приемопередатчик лазерной связи отправил копию инженерных данных зонда по лазерному каналу на наземную станцию.
Оптическая связь предназначена для передачи больших объемов научных данных, изображений и видео с гораздо более высокой скоростью, в 10-100 раз превышающей скорость современных радиосистем для дальнего космоса.
В ходе демонстрации была достигнута максимальная скорость передачи 267 Мбит/с - сопоставимая со скоростями широкополосного интернета. На расстоянии более 31 млн км от Земли было успешно передано 15-секундное видео сверхвысокого разрешения.
По мере удаления зонда скорость передачи снижается, но даже на расстоянии 226 млн км она составила 25 Мбит/с, что значительно превзошло целевой показатель не менее 1 Мбит/с.
Кроме отправки предварительно загруженных тестовых данных, система передавала часть инженерных данных "Психеи" одновременно с их радиопередачей, подтвердив совместимость. Были проведены эксперименты по объединению нескольких наземных станций для усиления сигнала, а также двунаправленной передаче данных, включая цифровые фото.
Успешная демонстрация дает представление о возможностях оптических систем для будущих миссий по изучению дальнего космоса, включая обеспечение высокоскоростной связи с Марсом при отправке людей.
Многоразовый сверхсильный клей
Ученые из Технологического университета Наньян в Сингапуре разработали инновационный многоразовый клей на основе полимеров с памятью формы. Этот клей более чем в 10 раз прочнее, чем адгезия лапок геккона. Он открывает новые возможности для создания сверхпрочных, но легко отсоединяемых захватов и приклеивающихся роботов.
Полимеры с памятью формы – материалы, способные возвращаться к первоначальной форме после деформации под воздействием тепла, света или электричества. Ученые использовали эпоксидный полимер, жесткий при комнатной температуре, но размягчающийся при нагреве. В мягком состоянии он принимает форму шероховатой поверхности, а при остывании затвердевает, создавая сверхпрочные связи.
Ключ к высокой адгезии – волокнистая структура полимера в виде множества тонких "фибрилл" оптимального размера. Одна фибрилла площадью 19,6 мм² может выдержать нагрузку 1,56 кг. Набор из 37 волокон размером с ладонь способен удерживать вес около 60 кг.
Преимущество клея в том, что он легко отделяется простым нагревом до 60°С, меняя свойства с жесткого на эластичное состояние. Обратное остывание занимает около 3 минут для повторной фиксации.
Разработка позволяет преодолеть "парадокс адгезии" – ослабление сцепления на шероховатых поверхностях, а также "конфликт сменяемости" – трудность совместить прочное сцепление и легкое отделение. По мнению ученых, потенциальные применения включают роботов-скалолазов для строительства и геодезии, а в перспективе – даже альпинистское снаряжение вроде цепких перчаток и ботинок для лазания по стенам.
Безболезненный забор крови
Исследователи из Цюриха разработали недорогое и минимально инвазивное устройство для забора капиллярной крови, вдохновленное работой пиявок. Оно состоит из присоски с встроенной системой микроигл и резервуара для сбора крови с антикоагулянтом.
При прижатии устройства к коже микроиглы проникают в верхние слои кожи, а создаваемое отрицательное давление обеспечивает забор порядка 200 мкл цельной крови. Скрытое расположение игл снижает риск случайных уколов.
Преимущества устройства: меньшая болезненность по сравнению с венопункцией и больший объем пробы по сравнению с уколом пальца, что повышает надежность анализов. Компактный размер и простота использования позволяют неспециалистам брать пробы крови.
Устройство может применяться для диагностики, например, малярии, особенно в регионах с ограниченными ресурсами. Оно дешево в производстве, используя недорогие материалы - силикон и сталь. Прорабатывается вариант из биоразлагаемых полимеров.
После забора кровь может быть передана в лабораторию для анализов или проанализирована на месте с помощью портативных диагностических систем путем вытеснения малого объема пробы из резервуара.
Проведены успешные испытания на свиньях. Предстоят дальнейшие клинические испытания и оптимизация для широкого применения, в том числе в регионах с распространением малярии.
Весьма неплохая разработка, понятно дело, что супер-технологичного здесь ничего нет, но как же мне в детстве не хватало такой штуки. Это же просто идеально для забора крови у детей.
В мозге человека обнаружен нейрокомпас
Исследователи выявили паттерн активности мозга, помогающий ориентироваться в пространстве. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Human Behavior, ученые из Бирмингемского университета и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана впервые точно определили местоположение внутреннего "нейронного компаса" - области мозга, ответственной за пространственную ориентацию и навигацию.
Результаты важны для понимания болезней Паркинсона и Альцгеймера, при которых часто наблюдаются нарушения навигации и ориентирования в пространстве. Регистрация нейронной активности во время движения представляет сложность, поскольку большинство методов требуют неподвижности испытуемых. Чтобы преодолеть эту проблему, использовались мобильные устройства ЭЭГ и захвата движений.
В эксперименте 52 здоровых участника выполняли задачи, связанные с движением головы и глаз, а активность их мозга записывалась с помощью ЭЭГ-датчиков на коже головы и внутричерепных электродов в области гиппокампа. После удаления артефактов, вызванных движениями мышц и положением тела, исследователи обнаружили специфический сигнал мозга, возникающий непосредственно перед изменением направления движения головы.
Идентификация этого сигнала позволяет изучить, как мозг обрабатывает навигационную информацию в совокупности с другими сигналами, например, визуальными ориентирами. Результаты могут найти применение в исследованиях нейродегенеративных заболеваний, а также в разработке навигационных технологий для робототехники и искусственного интеллекта. В дальнейшем планируется изучить, отвечает ли аналогичная активность за формирование временной памяти.
Вакцина от рака
Исследователи из Университета Флориды протестировали новый метод иммунотерапии рака - персонализированную мРНК-вакцину против глиобластомы - агрессивной и смертельной опухоли головного мозга. В первом клиническом испытании на 4 взрослых пациентах вакцина продемонстрировала способность быстро перепрограммировать иммунную систему для борьбы с раком.
Разработка основана на технологии мРНК-вакцин против COVID-19, но с двумя ключевыми отличиями. Во-первых, вакцина персонализирована - создается из собственных опухолевых клеток каждого пациента. Во-вторых, используется новая система доставки в виде кластеров липидных наночастиц, обволакивающих друг друга подобно слоям лука. Такая конструкция, по словам исследователей, усиливает сигнал для иммунной системы.
В испытании мРНК извлекалась из удаленной опухоли, амплифицировалась и упаковывалась в липидные кластеры для доставки в организм. Уже через 48 часов после введения ученые наблюдали активацию иммунного ответа против ранее "холодных" опухолей.
Предварительные результаты многообещающие, хотя и ранние для оценки клинических эффектов. Ранее вакцина также показала успех в испытаниях на мышах и домашних собаках с опухолями мозга. Следующим шагом станет расширенное клиническое исследование I фазы на 24 пациентах для подтверждения безопасности и определения оптимальной дозы. После этого планируется переход ко II фазе с участием около 25 детей.
Авторы отмечают неопределенность в оптимальных способах задействования иммунитета при минимизации побочных эффектов. Но надеются, что новый метод может стать платформой для модулирования иммунной системы и сочетания с другими видами иммунотерапии против рака.
Красный свет лечит нервы
Ученые из Университета Бирмингема обнаружили, что терапия красным светом может значительно улучшить восстановление после травмы спинного мозга. В новом исследовании они определили оптимальную дозировку - одна минута красного света (660 нм) в день.
Эксперименты на культурах нервных клеток показали, что такая световая терапия, называемая фотобиомодуляцией (ФБМ), за 5 дней увеличивала количество живых клеток на 45%. Свет проявлял одновременно нейропротекторный и стимулирующий рост нервов эффекты.
В дальнейших опытах на моделях травм спинного мозга ученые сравнили имплантацию светового устройства и чрескожную подачу света. Обе методики продемонстрировали сопоставимые результаты - 7-дневный курс из ежедневных 1-минутных доз привел к уменьшению рубцевания, повышению регенерации нервов и улучшению двигательных и сенсорных функций.
Это первое сравнение чрескожной и прямой доставки ФБМ при травмах позвоночника. Результаты важны для разработки имплантируемого устройства, так как пока нет методов сохранения клеток или восстановления функций после спинномозговых травм у людей.
Предполагается, что ФБМ работает на уровне митохондрий, запуская процессы против гибели нервов, воспаления и стимулируя их регенерацию. Авторы ищут партнеров для создания прототипа и проведения клинических испытаний.
Огнеупорное бамбуковое стекло
Ученые из Центрально-Южного университета лесного хозяйства и технологий в Китае разработали прозрачный огнестойкий материал на основе бамбука. Он имеет трехслойную структуру, которая эффективно снижает тепловыделение, замедляет распространение пламени и ограничивает выделение горючих летучих веществ, токсичного дыма и углекислого газа.
Бамбук, как и древесина, состоит из лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы, но обладает преимуществами быстрого роста и регенерации. Его внутренняя пористая структура с вертикальными каналами позволяет создавать прозрачные композиты. Делигнифицированный бамбук пропитывали жидким силикатом натрия методом вакуумной инфузии, а затем обрабатывали гидрофобным составом.
В результате сформировался трехслойный огнестойкий барьер: наружный слой силана, промежуточный слой диоксида кремния и внутренний слой силиката натрия. Это обеспечило время воспламенения 116 секунд, низкое общее тепловыделение 0,7 МДж/м², низкий выброс дыма (0,063 м²) и угарного газа (0,008 кг/кг).
Прозрачный бамбук также продемонстрировал превосходные механические свойства - модуль упругости при изгибе 7,6±1,3 ГПа, а при растяжении 6,7±1,1 ГПа. При использовании в солнечных батареях он повысил их эффективность на 15,29% благодаря высокой прозрачности (71,6%) и антизапотеванию (96,7%).
Разработчики отмечают экологические преимущества бамбукового стекла по сравнению с традиционным кварцевым, производство которого энергозатратно и сопряжено с выбросами парниковых газов. В будущем планируется масштабирование технологии и придание материалу дополнительных функций. Открытие перспективно для "зеленого" строительства и оптических приложений.
Дешевые цинковые аккумуляторы
В Университете Линчепинга, Швеция, был разработан перезаряжаемый аккумулятор на основе цинка и лигнина, который может быть использован более 8000 раз. Это недорогое и экологически устойчивое решение предназначено для применения в регионах с ограниченным доступом к электричеству.
Аккумулятор изготовлен из двух широко распространенных и экологичных материалов - цинка и лигнина, побочного продукта производства бумажной массы. Его энергетическая плотность сопоставима со свинцово-кислотными аккумуляторами, но без использования токсичного свинца.
В аккумуляторе применяется специальный электролит на основе полиакрилата калия (PAAK) и небольшого количества соли цинка бис(трифторметансульфонил)имида. Этот электролит, называемый "вода в полимерном солевом электролите" (WiPSE), способствует стабильной работе аккумулятора и предотвращает образование дендритов на цинковом электроде. Благодаря этому аккумулятор демонстрирует выдающуюся циклическую стабильность, сохраняя около 80% первоначальной емкости после 8000 циклов заряда/разряда.
Цинковый электрод в этом аккумуляторе формируется путем равномерного осаждения цинка вдоль кристаллографической плоскости (002), что предотвращает образование дендритов и связанную с ними деградацию. Исследователи обнаружили, что полиакрилатные анионы в электролите модулируют электрическое поле, способствуя равномерной диффузии ионов цинка и их осаждению параллельно поверхности электрода.
В сочетании с легкодоступным и возобновляемым лигнином в качестве положительного электрода, эта технология аккумулятора представляет собой перспективную альтернативу литий-ионным батареям для применения в областях, где не требуется высокая энергетическая плотность, но необходима низкая стоимость, безопасность и экологическая устойчивость.
Робот улитка 2
Исследователи из Бристольского университета разработали робота, имитирующего способность улиток скользить по поверхности с помощью единственной высокопроизводительной присоски.
Ключевым фактором является выделение слизи, снижающей трение и усиливающей присасывание. Вдохновленные этим, ученые предложили систему искусственного скользящего присасывания с использованием воды вместо слизи. Вода выступает смазкой, уменьшая трение, и самопроизвольно распространяется по гидрофильной силиконовой присоске благодаря капиллярным силам.
Робот массой 96 г скользит по вертикальным и инвертированным поверхностям со скоростями до 53°/с при вращении и 19 мм/с при поступательном движении. Он может переносить груз до 1 кг. Для поддержания локальной водной среды на сухих поверхностях предусмотрена система подачи воды с расходом около 0,05 мл/с при скорости 19 мм/с. Более того, робот может переносить груз весом до 1 кг, что в 10 раз превышает его собственную массу. Важно отметить, что для поддержания присасывания на гладких поверхностях не требуется дополнительная энергия.
При максимальной мощности в 1,7 Вт теоретическая автономность робота составляет 1 час. Портативный резервуар 16,7 см3 обеспечивает подачу воды для 619 см скольжения.
Предложенный механизм скользящего присасывания обладает рядом преимуществ: низкое энергопотребление, высокая грузоподъемность, возможность непрерывного движения с постоянной силой сцепления, отсутствие необходимости в сложной трансмиссии.
Глазные трекеры в линзах
Ученые из Нанкина представили инновационные контактные линзы для высокоточного отслеживания движений глаз на основе радиочастотного кодирования. В линзы встроены 4 радиочастотные метки, каждая излучает уникальный сигнал в зависимости от положения глаза. Портативный считыватель напротив глаза беспроводным способом детектирует изменения частоты сигналов, вызванные движениями глаз, позволяя отслеживать их направление и степень отклонения.
Эта стратегия обеспечивает отслеживание движений без использования кремниевых чипов или батарей, делая линзы компактными и биосовместимыми. Они изготовлены из силиконового эластомера и имеют такой же базовый изгиб и диаметр, как коммерческие линзы, гарантируя хорошую посадку. Испытания показали высокую прозрачность, гибкость, гидрофильность, низкую цитотоксичность и отсутствие раздражения роговицы при длительном ношении.
Используя имплицитную калибровку по спиральному узору и алгоритм временной последовательности, достигается беспрецедентная угловая точность менее 0,5 градуса, позволяющая с высокой точностью отрисовывать буквы и рисунки движением глаз на виртуальном экране. Линзы также способны распознавать заданные команды на основе движений глаз, обеспечивая естественное управление компьютерными программами, веб-страницами, камерами, роботами и другим оборудованием.
Ученые считают, что их технология открывает новые возможности для эффективного и комфортного взаимодействия человека с компьютерами и различными устройствами.
Робот-киборг для семян
Общий вид робота HybriBot.
Исследователи из Итальянского технологического института и Университета Фрайбурга разработали биогибридного робота под названием HybriBot. Он состоит из капсулы из муки, изготовленной с использованием технологий трёхмерной микрообработки, и двух естественных придатков плодов овса, способных двигаться (раскручиваться) в зависимости от влажности воздуха.
Придатки овса представляют собой мертвые ткани плодов, реагирующие на присутствие влаги. Основа придатка закручивается, а хвост изгибается, что на этапе развития приводит к накоплению упругой энергии. При высвобождении энергии биогибридный робот начинает перемещаться без использования батарей или дополнительных источников питания.
Искусственная капсула весит около 60 мг и изготовлена по образцу натуральной капсулы с помощью литья по формам изготовленным методом 3D-печати. Она покрыта этилцеллюлозой для водонепроницаемости и волосками овса для снижения трения при движении. После формовки капсулу можно наполнить семенами и удобрениями.
Разработчики провели биомеханическую характеризацию натуральных и искусственных капсул и придатков, измерив силы трения, контактные силы и вращательные моменты. Они также создали математическую модель динамики придатков с учетом их гибкости и контактов.
Биогибридные роботы успешно проходили испытания на различных типах почв, в том числе глине и песке, демонстрируя способность к автономному перемещению и самозакапыванию, аналогичному поведению плодов дикого овса. Исследователи также функционализировали роботов, внедряя в капсулы семена томатов, цикория и растения иван-чай, чтобы способствовать их распространению и прорастанию.
Разработанные биогибридные машины представляют собой экологически безопасные и биоразлагаемые устройства, В перспективе возможны применения в лесовосстановлении и точном земледелии в качестве переносчиков семян и агрохимикатов.
Думаю не у меня одного, данная технология, если её можно так назвать, вызывает двоякие чувства. С одно стороны экологично, полезно, по идее дёшево, а самое главное, технологи отработана многими тысячелетиями богиней технологий - эволюцией. Но с другой стороны большие вопросы вызывает целесообразность и рентабельность. Честно говоря, я даже примерно не могу представить, как такое чудо можно масштабировать, чтобы этим можно было пользоваться, в более менее вменяемых масштабах.
Цифровые глаза, как у насекомых
Схематическая иллюстрация и изображения камеры PHCE и встроенных компонентов.
Исследователи из Гонконгского университета науки и технологии создали уникальную систему зрения для роботов, которая имитирует сложные глаза насекомых. Эта система, называемая составным глазом с пинхолом (PHCE), состоит из 3х мерной напечатанной сферической структуры с отверстиями и полусферического фоточувствительного детектора на основе перовскитных нанопроводов.
Принцип работы PHCE основан на просвечивании светом через отверстия-пинхолы в сферическом корпусе на расположенный внутри массив нанопроводных фотодетекторов. Каждый нанопровод выступает в роли омматидия (светочувствительного элемента) сложного глаза. Сигналы от отдельных нанопроводов объединяются в общее изображение.
Перовскитные нанопровода демонстрируют широкий спектральный диапазон фоточувствительности от видимого до ближнего инфракрасного диапазона. Они обладают высокой чувствительностью до 2,9 А/Вт при низкой освещенности 2,3 мкВт/см2 и стабильной работой в течение 10 месяцев.
Благодаря специально разработанному расположению отверстий-пинхолов, система PHCE обеспечивает ультраширокое поле зрения около 140 градусов. Используя две такие системы под углом 60 градусов, поле зрения расширяется до 220 градусов, позволяя определять положение объектов в 3х мерном пространстве.
Исследователи продемонстрировали работоспособность PHCE, интегрировав ее с беспилотным летательным аппаратом для отслеживания движения наземного робота-квадропода. PHCE определяла положение робота по световому сигналу и передавала данные на дрон для корректировки траектории полета.
Учёные считают, что их уникальная оптически-просветная конструкция PHCE в сочетании с высокоплотными массивами перовскитных фотодетекторов открывает возможности для создания компактных, энергоэффективных и недорогих систем машинного зрения с широким полем обзора для роботов и транспортных средств.
На мой взгляд технология неплохая, я бы ещё добавил область применения для обычных камер видео наблюдения, если конечно разрешающая способность таких устройств, сможет конкурировать с современными камерами.
Что такое серая слизь? Рассказывает журнал «Лучик»
Способно ли человечество «обшарить» вселенную или хотя бы только одну нашу Галактику в поисках неземной жизни? Давайте подумаем. Наша Галактика в поперечнике – примерно сто тысяч световых лет, в толщину – около тридцати тысяч. Один световой год – это приблизительно десять триллионов километров. На самолёте, летящем со скоростью тысяча километров в час, нашу Галактику пересечь получится за... 114 миллиардов лет с копейками.
Если учесть, что возраст всей Вселенной (по современным представлениям учёных) – чуть больше тринадцати миллиардов лет, то... Вывод напрашивается сам собой – «освоить» (или хотя бы просто облететь) всю Галактику человечество ни при каких обстоятельствах не сможет.
Казалось бы, решить эту проблему невозможно. Но... Ещё в шестидесятые годы учёные предложили механизм, который позволяет это препятствие преодолеть. Изначальным автором идеи был математик фон Нейман, – кстати, компьютер, перед которым вы сидите, или смартфон, который вы держите в руках, работает на принципах так называемой «архитектуры фон Неймана».
В сороковых годах прошлого века фон Нейман заинтересовался вопросами создания живого из неживого, для чего предложил удивительную математическую конструкцию – «автомат фон Неймана», первый в мире клеточный автомат. В дальнейшем математиками было создано множество разных клеточных автоматов. Клеточный автомат – это математическая структура, которая может (помимо всего прочего) «копировать сама себя», то есть создавать собственные копии. Наблюдать за такими клеточными автоматами очень увлекательно – даже не верится, что это «всего лишь математика»!
А вот интересно, что будет, если концепцию «автомата фон Неймана» из области математики перенести в реальный мир? Допустим, перед нами стоит очень сложная и масштабная техническая задача – скажем, наладить добычу полезных ископаемых на Марсе. Мы можем построить миллионы космических роботов для добычи руды, но сколько на это у нас уйдёт ресурсов? Сколько лет и триллионов рублей? Однако представим себе, что мы построили только одного робота – но такого, который способен саморазмножаться, то есть строить собственные копии, используя имеющееся под рукой сырьё!
Смотрите: наш робот высаживается на Марс, добывает первую порцию металлов и из неё – тут же! – делает собственную копию! Теперь у нас уже два робота. Через какое-то время – пускай через день – эти роботы снова каждый делает по собственной копии. Сколько у нас уже роботов? Четыре. Через три дня у нас будет восемь роботов, через четыре – шестнадцать... А через месяц, то есть через тридцать дней, у нас будет (можете сами подсчитать)...
1 073 741 824.
Один миллиард семьдесят три миллиона семьсот сорок одна тысяча восемьсот двадцать четыре робота.
Лепота?
Сами понимаете, с такой мега-армией роботов можно не то что добычу полезных ископаемых наладить – весь Марс разобрать «по кирпичику». Классная идея?
Теперь применим её к исследованиям космоса. Предположим, что мы построили всего лишь один исследовательский корабль-автомат, зонд-разведчик. Но при этом снабдили его функцией «саморазмножения»: обнаружил наш исследовательский зонд в космосе астероид или планету, то есть «сырьё» – и тут же строит свою копию, которая тоже отправляется собирать данные, открывать и исследовать, а ещё делать собственные копии... Математические расчёты показывают: «всего лишь» за пятьсот тысяч лет (для человека это очень много, но для истории Вселенной – ерунда) такие вот «зонды фон Неймана» успешно «завоюют» (то есть исследуют) всю Галактику!
Эта идея кажется настолько простой – и одновременно открывающей безграничные возможности! – что сперва дух захватывает. А потом как бы сам по себе появляется коварный вопрос – а нет ли здесь каких-нибудь «слабых мест», «подводных камней»?
Ну вот вам идея для фантастического рассказа: для того, чтобы завоевать... город? страну? планету? ну, неважно, что именно... нам не нужны тысячи танков или самолётов. Мы создадим (или кто-то другой создаст) «умный» танк или самолёт, способные саморазмножаться, то есть в свободное от боёв время строить собственные копии! Пусть всего лишь одну копию в день – и тогда всего лишь через десять дней у нас (или у кого-то другого) будет уже тысяча (точнее, 1024) танков или самолётов, уже целая армия! Может ли это стать опасным для людей, а?
А уж если говорить про космические исследовательские корабли... Ведь такой корабль должен будет заниматься исследованиями в миллиардах километров от Земли, верно? А значит, мы должны будем построить для него очень умную систему управления, самый настоящий искусственный интеллект. Способный распознавать опасности, находить интересные для исследований объекты, искать те самые ресурсы для воспроизводства, «принимать решения», «строить планы», «решать задачи», «устранять препятствия» – пускай хотя бы на уровне трёх-четырёхлетнего ребёнка!
Могут ли такие «умные» зонды, в огромных количествах расплодившиеся по Галактике, рано или поздно вступить друг с другом в конфликт за те самые ресурсы, полезные ископаемые? Начать уничтожать друг друга? Даже если мы пропишем в программе команду, что этого делать категорически нельзя – а где гарантия, что под воздействием тех же космических лучей в программе спустя сотни лет не возникнет «случайный сбой», «ошибка»? «Мутация»? И что в один прекрасный день жаждущий всё новых ресурсов и полезных ископаемых многомиллионный флот таких «зондов фон Неймана» вдруг не появится в небе нашей Земли?
Продолжаем фантазировать. Из огромного космоса перенесёмся в мир микроскопически маленький, мир атомов и молекул... В современной робототехнике существует очень интересная концепция – «нано-роботы», они же «наниты», то есть технические устройства, созданные на том самом уровне молекул, обладающие невероятно маленькими размерами. Крохотные роботы – настолько крохотные, что их в одной капле воды могут быть тысячи и даже миллионы!
Только представьте себе, какие возможности такая технология открывает, скажем, в медицине. Задаём нанитам нужную программу – скажем, «распознавать и уничтожать вирусы». Вводим человеку в кровь – и умные наниты за считанные часы вылечат нас от любой простуды, причём «без всякой химии» и побочных эффектов. Да что там от простуды! Их можно научить бороться практически с любыми заболеваниями, даже теми, которые считаются неизлечимыми. Их можно научить делать операции на внутренних органах «супербережно», вообще не разрезая живые ткани. Их можно научить восстанавливать поражённые органы, «без следа» заживлять самые тяжёлые раны...
Умные нано-роботы могут применяться абсолютно везде. С их помощью будет можно легко и быстро, скажем, очистить от загрязнений самый загаженный в мире водоём – только представьте себе: выливаем в вонючий, безжизненный, залитый нефтепродуктами пруд маленькую бутылочку «нано-раствора» – и буквально через день видим перед собой пруд с чистейшей и прозрачной питьевой (как на Байкале) водой! А добавив пару миллиардов таких нанитов в масло для автомобильного двигателя, получим двигатель, который будет «сам себя обслуживать и сам себя чинить»! Сгорела плата в компьютере или микросхема? Просто капаем нано-раствор – и наниты за считанные минуты сделают так, что микросхема будет «как новенькая». Ведь круто, да?
Однако и тут есть маленькая проблема. Догадались, какая? Ну да, таких нано-роботов будут нужны даже не миллиарды – триллионы! Как же их производить в таких количествах? Конечно, автомат фон Неймана. Достаточно сделать хотя бы один такой нано-юнит, просто снабдить его функцией саморазмножения, «репликации». И получайте наниты в абсолютно любых количествах, причём даже никаких заводов строить не надо...
И снова идея кажется настолько вкусной, что сами собой закрадываются подозрения. А вдруг? Что произойдёт, если у таких вот микроскопически малых роботов вдруг случится «зависание», «сбой в программе», «системная ошибка»? Если вдруг они вместо вредных вирусов начнут «атаковать» здоровые клетки человека?
Или если выйдет из-под контроля, станет неограниченной их функция саморазмножения? Образуется состоящая из огромного количества нано-роботов масса, «серая пыль» или «серая слизь», которая будет в буквальном смысле пожирать всё на своём пути, извлекать из всего необходимые ресурсы – и снова размножаться, размножаться, размножаться... И против этой слизи-пыли будут бессильны пушки, танки или пистолеты. Человечество, жизнь на Земле, да вся наша планета просто утонет в серой слизи – и станет безжизненной, но при этом смертельной «планетой-ловушкой» для любых прилетающих инопланетян (вот вам ещё сюжет для фантастического рассказа).
Хорошенько подумав, вы скажете: «Тогда надо придумать других нано-роботов, которые будут контролировать численность этих нано-роботов. И ещё других, которые будут контролировать тех, которые будут контролировать. И уничтожать, если у тех будет обнаружена ошибка в программе!». А что, неплохая идея.
...А главное, уже не раз опробованная в истории
Создать сложное взаимозависимое «сообщество» из микроскопически малых молекулярных структур, сложно запрограммированных, взаимодействующих друг с другом, контролирующих друг друга, питающих друг друга, конкурирующих друг с другом, ограничивающих размножение друг друга... В общем, идея – класс. Вот только не вы (и даже не мы) её первыми придумали. Придумал её давным-давно кто-то другой.
Догадываетесь, что мы имеем в виду? Ещё нет? Ну как же! Мы, вы, всё живое на Земле состоит из клеток... А что происходит внутри живых клеток? Ежеминутно, ежесекундно, пока вы читаете эту статью? А?
Кхм... В общем, стоит ли нам, людям, изобретать «нано-роботов фон Неймана»? То есть – прямого и непосредственного конкурента жизни?
Как думаете?
Полистать журналы можно здесь
Подписаться с доставкой в почтовый ящик – на сайте Почты России
Купить – на Wldberries
Скачать бесплатно – здесь.
Метла из коллекции 2024 года, это то чего не хватает многим
Коммунальщики в Балашихе получили новую модель метлы, которая позволяет буквально за несколько взмахов подметать большие площади.
Аксессуар настолько стильно выглядит, что вы можете фотографироваться с метлой везде где захочется и при этом ловить восхищенные взгляды окружающих. Инновации заложенные в метлу позволяют экономить время, а приложение в телефоне связывается с метлой по блютусу и показывает уровень вашей крутости.
Модный тренд выглядит многообещающим и наверняка будет подхвачен всеми на ближайшем субботнике. Ваш стиль никогда не был так близок к совершенству, как этой весной. Метла из коллекции 2024 года, это то чего не хватает многим.
Как сделать процессор в домашних условиях
Сначала найдите камень, затем разбейте...
Про полный цикл обычного служебного дрона
Прежде чем воплотиться в реальность проект дрона пройдет жесткий отбор между множеством вариантов. В честной и бескомпромиссной битве множества проектов победит наилучший. Затем будет долгое тестирование и проверки. После чего дрон пойдет в серию где множество его копий будут проживать примерно один цикл:
-Дрон начнет свою жизнь будучи произведенным где-то под поверхностью планеты. На одной из множества подповерхностных автоматических фабрик. После чего еду ждут годы непрерывной работы, изредка прерываемый на техобслуживание. Небольшой ремонт осуществятся с помощью нанороботов постоянно.
После окончания срока службы дрон будут отправлен в плазменный реактор, где распадется на атомы, которые в последствии будут использованы на разные нужды в том числе и для производства других таких же дронов.
После того как появится новый проект более совершенного дрона, что проблемно, так как дроны близки к идеалу. Их перестанут производить и их место займет новое поколение.