Новости науки и техники. Декабрь2016
Источник: http://www.dailytechinfo.org/about.html
DailyTechInfo — Новости науки и технологий, новинки техники.
Машины-монстры: Volvo Gran Artic 300 — самый большой автобус в мире, который будет способен перевозить 300 пассажиров за один раз
На выставке FetransRio, проходившей в Рио-де-Жанейро, компания Volvo представила проект и продемонстрировала шасси будущего автобуса Gran Artic 300, предназначенного, в первую очередь, для стран Латинской Америки, где автобусы являются одним из основных видов городского транспорта. Автобус Gran Artic 300 будет способен перевозить до 300 пассажиров за один раз и когда начнется его производство, он станет самым большим автобусом в мире на сегодняшний день.
Автобус Gran Artic 300 будет иметь по пять дверей с каждой стороны и будет стоять на четырех осях. Его длина составит 30 метров, что на восемь метров длиннее самого большого автобуса Volvo, которые курсируют сейчас по улицам Рио-де-Жанейро, и на пять метров длиннее нынешнего обладателя титула самого большого автобуса — китайского Youngman JNP6250G.
Новый автобус Gran Artic 300 будет способен заменить собой три обычных городских автобуса, что позволит увеличить интенсивность пассажирских перевозок и одновременно снизить количество вредных выбросов в окружающую среду. Новая модель сможет перевозить на 30 пассажиров больше, чем автобус, который она заменит и это позволит значительно сократить время, затрачиваемое людьми на дорогу, особенно в часы пик.
Вполне естественно, что такие автобусы не предназначены для езды по общественным дорогам. Для них прокладываются отдельные специальные путепроводы с более плавными поворотами, на которых не действуют ограничения скорости в городских условиях.
Сначала автобус Gran Artic 300 появится в больших городах Латинской Америки, там, где уже существует развитая система скоростных путепроводов. Но компания Volvo постоянно занимается развитием направления скоростных автобусных пассажирских перевозок, так что подобные автобусы-монстры могут появиться через некоторое время на улицах больших городов и в других точках земного шара.
Uniti — крошечный электрический автомобиль, предназначенный для эксплуатации в городской среде
Такие компании, как Tesla, Nissan и другие, сделали достаточно много, чтобы продвинуть на рынок технологии электрических автомобилей. А недавно на этом поле появляется новый игрок, шведская компания Uniti Sweden, целью которой является создание недорогого крошечного электрического автомобиля, «созданного на базе всех имеющихся на сегодняшний день высоких технологий и предназначенного для эксплуатации в стесненных условиях городской среды». В настоящее время компания Uniti Sweden уже собрала сумму в 1.3 миллиона долларов через сервис общественного финансирования FundedByMe и этой суммы достаточно для воплощения данной идеи в реальность.
Автомобиль Uniti является двухместным автомобилем, предназначенным для поездок на небольшие расстояния. На одном заряде аккумуляторных батарей он способен преодолеть дистанцию в 150 километров. В движение автомобиль приводится электрическим двигателем переменного тока, мощностью в 15 кВт. Вес автомобиля составляет всего 400 килограмм, но представители Uniti Sweden утверждают, что такое сокращение веса транспортного средства было сделано не в ущерб его безопасности. Для уменьшения веса разработчики старались по максимуму избавиться от всех лишних элементов, под «нож» сокращения пошли даже некоторые декоративные пластмассовые элементы.
Как уже упоминалось выше, в конструкции автомобиля максимально использованы самые современные технологии. У него отсутствует традиционная приборная панель, роль которой выполняет Head-Up дисплей, на котором отображается информация о скорости, навигационная информация, информация о состоянии аккумуляторных батарей и т.п. Взаимодействие с системой управления автомобилем осуществляется при помощи движений рук водителя, слежение за которыми производят специализированные датчики. И, с прицелом на будущее, в систему автомобиля заранее заложены элементы, реализующие функции движения в автоматическом режиме.
Суммы в 1.3 миллиона долларов, которую удалось собрать компании Uniti Sweden, будет достаточно для расширения команды инженеров и конструкторов, которые разработают все необходимые технологии, конструкцию автомобиля и изготовят первые опытные образцы. Первый опытный образец Uniti появится в 2017 году, а первым регионом, куда начнутся поставки серийно выпускаемых автомобилей Uniti, станут страны Западной Европы.
Компания Intel начинает разработку кремниевых кубитов, которые станут основой масштабируемых квантовых компьютеров с миллионами кубитов
В состав исследовательского подразделения компании Intel входит группа инженеров, базирующаяся в Портленде, Орегон, и специализирующихся на разработке аппаратных средств для технологий квантовых вычислений. В настоящее время специалисты этой группы начали совместную работу со специалистами Квантового научно-исследовательского института QuTech Технологического университета Дельфта, Нидерланды. Задачей, которую решает эта объединенная группа, является создание кремниевых квантовых битов, кубитов, которые станут основой будущих масштабируемых квантовых компьютеров. И совместная работа исследователей начала приносить первые результаты, ученым уже удалось наладить производство стандартных подложек, покрытых слоем ультрачистого кремния, на котором будут создаваться структуры кремниевых квантовых битов.
Такая стратегия ставит компанию Intel обособленно от других промышленных и академических групп, работающих над разработкой квантовых битов различного типа и других компонентов квантовых вычислительных систем. Усилия этих групп уже привели к созданию простейших систем, состоящих всего из нескольких кубитов. Но для создания полноценного и универсального квантового компьютера потребуются процессоры, содержащие тысячи или миллионы кубитов.
Согласно информации, предоставленной Джимом Кларком (Jim Clarke), возглавляющим данное направление, компания надеется выйти на означенный выше рубеж количества квантовых битов в не очень далеком будущем. И ключевым моментом этого станет использование кремния, хорошо изученного материала, из которого делают кристаллы обычных полупроводниковых чипов, содержащих миллиарды транзисторов. Кремниевые кубиты по структуре не будут сильно отличаться от транзисторов и их можно будет изготавливать в любых количествах при помощи стандартного технологического оборудования.
По предварительной информации, основой работы кремниевых кубитов, разрабатываемых компанией Intel, станет спин, направление вращения, отдельного электрона, пойманного в ловушке, представляющей собой модифицированный полевой транзистор. «Мы уже достаточно давно научились делать неплохие транзисторы. Изменив немного используемые материалы, структуру этих транзисторов, мы получим вполне работоспособные квантовые биты» — рассказывает Джим Кларк.
Еще одной причиной, которая заставляет исследователей работать над кремниевыми кубитами, является то, что они должны быть более надежными, нежели их «собратья», работающие за счет явления сверхпроводимости. Предполагается, что кремниевые кубиты, использующие слабые квантовые эффекты, смогут работать при комнатной температуре, обеспечивая уровень ошибок, сопоставимый с уровнем ошибок низкотемпературных квантовых битов.
Новый метод регулирования напряжения — путь к созданию полноценных квантовых компьютеров
Несмотря на множество усилий, прикладываемых ученым из различных стран и организаций, люди так и не получили пока возможность создания полноценных и универсальных квантовых компьютеров. Однако, момент появления первых квантовых компьютеров стал на один большой шаг ближе благодаря работе ученых из университета Сассекса (University of Sussex). Они разработали и испытали новый способ регулирования напряжения, прикладываемого к ионам, выступающим в роли квантовых битов. И это позволяет системе обойтись без использования лазеров, что, в свою очередь, является сейчас непреодолимым препятствием к созданию крупномасштабных квантовых вычислительных систем.
В настоящее время на свете существует несколько простейших квантовых вычислительных систем. К примеру, это система компании IBM с несколькими кубитами, которая доступна онлайн, а ученые Бристольского университета разработали систему с двумя кубитами, которая может выполнять некоторую полезную работу. Но эти и другие подобные системы практически невозможно расширить и дополнить, ведь каждый из пойманных в ловушке ионов управляется при помощи луча отдельного лазера. И очень тяжело даже представить себе, как будет выглядеть квантовая вычислительная система с сотнями тысяч и миллионами кубитов.
Ученые из Сассекса искали пути, позволяющие избавиться от необходимости использования лазерного света. Для управления квантовым состоянием ионов они использовали управляющий электрический потенциал, подаваемый на соответствующие элементы квантового чипа, своего рода квантового процессора. И в конечном результате ученые получили при помощи нового метода контроля уровень ошибок, которые практически равен уровню ошибок, возникающих в квантовых системах с лазерным управлением.
Созданный учеными из Сассекса квантовый процессор является не первым процессором, в котором используется несколько кубитов, которые традиционно запутываются при помощи фотонов света. Для запутывания некоторого числа кубитов требуется наличие соответствующего числа запутанных друг с другом фотонов света, и в новой версии квантового процессора все это делается без сложных манипуляций с лучами лазерного света и без необходимости использования громоздких оптоэлектронных устройств.
Изменяя значение прикладываемого к отдельным ионам-кубитам электрического потенциала, исследователи могут не только управлять работой квантовых логических элементов, состоящих из нескольких кубитов. Этот метод также позволяет динамически запутывать и «распутывать» пары квантовых битов, меняя конфигурацию логического элемента буквально на лету.
«То, чего нам удалось добиться, может в корне изменить все правила игры на поле технологий квантовых вычислений» — рассказывает Винфрид Хензингер (Winfried Hensinger), профессор из университета Сассекса, — «Новый метод создания и управления запутанными кубитами не требует использования большого количества лазеров и другого оборудования. Это позволит в будущем создать небольшие квантовые компьютеры, которые можно будет использовать в любых практических целях. И, по мере дальнейшего развития данной технологии мы построим первый такой компьютер в стенах нашего университета».
Оптические нейронные сети — основа сверхбыстрых и сверхмощных систем искусственного интеллекта
Одно дело создать компьютеры, которые подражают функционированию мозга человека, а заставить их реально работать на тех же самых принципах — это задача намного более сложная. Обычные нейронные сети, на базе которых строятся почти все современные системы искусственного интеллекта, состоят из цифровых нейронов, набора параметров в памяти компьютера и соответствующих им блоков программного кода. И быстродействие таких нейронных сетей ограничено параметрами компьютерной системы, которая, в большинстве случаев должна обладать достаточно высокой вычислительной мощностью. Решение этой проблемы предлагают исследователи из Принстонского университета и этим решением, по их мнению, являются фотонные нейронные сети.
Принстонская система подражает работе мозга при помощи оптических «нейронов», которые представляют собой сужения волноводов, изготовленных на кремниевом основании. Размеры каждого сужения соответствуют длине волны света, на который они реагируют. Свет лазера, подаваемый в оптическую систему, состоящую из множества нейронов, проходит через череду операций над ним и теряет свою амплитуду (яркость). Изменения яркости луча, которые можно измерить с достаточно высокой точностью, и являются результатами работы фотонной нейронной сети.
Проведенные эксперименты с прототипом оптической нейронной сети показали, что она способна решить сложное математическое уравнение в 1 960 раз быстрее, нежели с этим может справиться процессор среднего уровня. Первый прототип, созданный принстонскими учеными, весьма прост, в его составе находится всего 49 оптических аналогов нейронов. Его функциональные возможности еще очень далеки от замены центрального процессора в компьютере или в мобильном телефоне, не говоря уже о замене существующих цифровых нейронных сетей, работающих в недрах мощных вычислительных систем на базе графических процессоров.
Но даже в их нынешнем виде, такие фотонные нейронные сети уже могут использоваться для сверхскоростной обработки данных, радио- и оптических сигналов. А дальнейшие исследования и работа в направлении фотонных нейронных сетей позволит искусственному интеллекту выйти за рамки ограничений, накладываемых быстродействием современной вычислительной техники, и выполнять функции распознавания объектов на изображениях, распознавания речи в режиме реального времени с минимальной задержкой получения результатов.
StarChip — «космический корабль» в виде чипа, который сможет добраться до Альфы Центавра за 20 лет
С учетом нынешнего уровня развития космический технологий для того, чтобы добраться до ближайшей к Солнцу звезды, к Альфе Центавра, потребуется около 18 тысячи лет. Но расчеты показывают, что крошечный космический «корабль» в виде чипа с «солнечным парусом», разогнанный до скорости в одну пятую от скорости света, способен преодолеть это расстояние всего за 20 лет. Данная идея принадлежит известному ученому-физику Стивену Хокингу, который при поддержке российского миллионера Юрия Мильнера собирается воплотить ее в жизнь. Идея проекта «Breakthrough Starshot» заключается в том, чтобы разогнать небольшой кремниевый StarChip до нужной скорости при помощи света лазера, бьющего с поверхности Земли. И недавно к данному проекту для решения ряда проблем различного плана были привлечены специалисты НАСА и некоторых научных учреждений.
Специалисты НАСА и ученые из корейского Института науки и передовых технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) занимаются поиском решения одной из главных проблем, проблемы смягчения и защиты чипа от воздействия космической радиации и низких температур, которым будет подвергаться чип StarChip во время полета в межзвездном пространстве. Технология ускорения чипа при помощи света лазера требует того, чтобы сам этот чип был максимально легким, а это, в свою очередь, означает, что ни о какой дополнительной радиационной защите речи идти и не может.
Решением данной проблемы может стать технология «самозаживления», предложенная учеными из KAIST. Основой этой технологии являются полевой транзистор FinFET, имеющий структуру с кольцевым затвором из нанопроводника (gate-all-around nanowire transistor, GAA FET), разработанный ранее в стенах института KAIST. Особенностью таких транзисторов является то, что при определенном режиме работы ток, протекающий через канал транзистора, может кратковременно разогреть его структуру до температуры порядка 900 градусов Цельсия. Нахождение при такой температуре в течение 10 наносекунд не успевает разрушить структуру самого транзистора, но этого времени достаточно для того, чтобы в структуре транзистора исчезли даже следы деградации, связанные с воздействием космической радиации, механического напряжения и времени.
На основе таких «самовосстанавливающихся транзисторов» можно создавать как логические схемы, так ячейки обычной динамической или энергонезависимой памяти. Именно поэтому такие транзисторы, имеющие размер 20 нанометров, станут идеальным вариантом при изготовлении чипов, стойких к воздействию космической радиации и другим неблагоприятным факторам окружающей среды.
В настоящее время технология самовосстановления транзисторов путем кратковременного высокотемпературного нагрева была проверена на трех различных устройствах, на простом микропроцессоре, на чипе DRAM-памяти и на чипе флэш-памяти. Испытания показали, что структура чипа флэш-памяти может выдержать 10 тысяч циклов «самовосстановления», количество же циклов у других типов чипов меньше на порядок и составляет 1012.
Естественно, что до того момента, когда «космический чип» StarChip сможет быть успешно отправлен в космос, пройдет еще немало времени, которое будет заполнено всевозможными исследованиями и экспериментами. Тем не менее, этот вариант является самым быстрым и самым реальным вариантом найти пригодную для жизни планету за пределами Солнечной системы. Ведь, согласно мнению Стивена Хокинга, человечество сможет беспроблемно существовать на Земле еще не более 1 тысячи лет.
Новый космический корабль SpaceShipTwo произвел свой первый самостоятельный полет
Новый шестиместный космический корабль SpaceShipTwo известной компании Virgin Galactic в субботу совершил свой первый самостоятельный полет, отделившись от своего самолета-носителя и спланировав к взлетно-посадочной полосе аэродрома в пустыне Мохава в Калифорнии. Ранее этот космический корабль, который получил название Unity, уже четыре раза поднимался в воздух, но он все время оставался в связке с двухфюзеляжным самолетом-носителем WhiteKnightTwo.
Напомним нашим читателям, что первый космический корабль серии SpaceShipTwo, который был построен Scaled Composites, дочерней компанией Northrop Grumman, потерпел крушение и взорвался 31 октября 2014 в результате ошибки одного из пилотов. Новый космический корабль был построен уже специалистами компании SpaceShip Company, которая является дочерней компанией Virgin Galactic.
Космический корабль SpaceShipTwo Unity и его самолет-носитель WhiteKnightTwo взлетели в субботу в 6:49 по местному времени с полосы космодрома Mojave Air and Space Port, расположенному примерно в трехстах километрах к северо-востоку от Лос-Анджелеса. Набрав высоту в 15 тысяч метров, космический корабль, пилотируемый Марком Стаки (Mark Stucky) и Дэвидом Маккеем (David Mackay), отделился от самолета и начал планирующий спуск. Во время спуска космический корабль набрал скорость в 0.6 Маха и на этой скорости был проведен ряд испытаний управляемости, вибраций и других параметров полета. После всего этого космический корабль совершил успешную посадку на полосу космодрома.
«В следующий раз мы полетим еще с большей скоростью» — рассказывает сэр Ричард Брэнсон (Richard Branson), основатель и руководитель компании Virgin Galactic, — «Этот 15-минутный полет является одной из главных вех нашей программы. А дальше мы будем наблюдать, как нынешний планер постепенно будет превращаться в полноценный космический корабль».
Создан крошечный датчик, способный уловить речь, сердцебиение и другие звуки, возникающие внутри тела человека
Исследователи из Колорадского университета в Боулдере и Северо-Западного университета создали крошечный и мягкий акустический датчик, который, будучи приложенным к поверхности кожи, может улавливать даже малейшие колебания, вызываемые сердцебиением и другими процессами в теле человека. Помимо контроля параметров жизнедеятельности и здоровья человека, этот датчик, способный улавливать звуки речи человека, может быть использован в качестве средства для голосового управления носимыми электронными приборами, элементами «умной» одежды и т.п.
Сигналы колебаний акустического диапазона от человеческого тела новое устройство улавливает при помощи так называемой «эпидермальной электроники». В состав этой электроники, элементы которой, как можно догадаться из ее названия, прикладываются непосредственно к коже, могут быть включены электроды, через которые можно производить запись сигналов электрокардиограммы.
В настоящее время созданный учеными датчик подключается к внешней системе сбора и накопления данных при помощи тонкого кабеля. Но в будущем будет совсем нетяжело оснастить его собственным источником энергии и системой беспроводной связи, превратив все это в полностью автономное устройство.
Такие беспроводные датчики станут очень полезными устройствами при работе людей в шумных местах, к примеру, внутри производственных помещений или на поле битвы. Собираемые ими акустические речевые сигналы будут в меньшей степени подвержены искажениям от внешних источников, а возможность мониторинга основных параметров жизнедеятельности организма человека позволит удаленно следить за состоянием каждого рабочего или солдата.
Голосовые сигналы, получаемые акустическими датчиками, могут быть использованы военнослужащими или гражданскими лицами для голосового управления действиями роботов, транспортных средств и беспилотных летательных аппаратов. Помимо этого, такие датчики могут существенно увеличить качество работы систем распознавания и трансляции речи, которые обычно используются людьми с нарушениями речевого аппарата.
И в заключении следует отметить, что созданные исследователями опытные образцы акустических датчиков прошли испытания с участием группы пожилых людей-добровольцев, страдающих различными видами сердечнососудистых заболеваний. Высокая чувствительность датчика позволила исследователям не только услышать посторонние шумы в сердце, но и услышать шумы, создаваемые потоком крови, огибающим кровяные сгустки, образующиеся в кровеносной системе некоторых пациентов.
Наклонные матрицы имплантируемых электродов — эффективное средство для восстановления подвижности парализованных конечностей
Технологии восстановления разорванных в результате травмы или болезни связей между мозгом и нервными узлами конечностей тела становятся все ближе и ближе к реальности, о чем говорят некоторые удачные эксперименты, проведенные учеными-нейробиологами в последнее время. Свой вклад в это дело внесла группа исследователей из Орегонского университета (Oregon State University, OSU) которая разработала новые высокоэффективные матрицы вживляемых электродов. Применение таких матриц позволит не только обойти повреждения спинного мозга, но и обеспечить функционирование высокотехнологичных протезов различных типов.
Напомним нашим читателям, что основной причиной паралича конечностей является разрыв нервных связей, который обычно происходит в области спинного мозга в результате травмы или заболевания. При этом, нервные ткани и мускулатура парализованных конечностей или других частей тела остается в полной работоспособности и здравии. И для восстановления подвижности требуется всего лишь обойти поврежденные участки нервной системы.
В своих экспериментах ученые внедрили матрицы из 100 электродов USEA (Utah Slanted Electrode Array), площадью по 16 квадратных миллиметров, в нервные ткани конечности подопытного животного, кошки в данном случае. Матрица состоит из электродов разной высоты, что обеспечивает ее контакт с различными слоями нервных тканей.
Электроды одной матрицы были подключены к специализированному контроллеру Proportional-Integral-Velocity (PIV), который, основываясь на анализе потока входных данных, обеспечивал выдачу соответствующих электрических импульсов на отдельные электроды второй матрицы, подключенной к нервной системе ниже места искусственного разрыва. И в результате всего этого кошка снова обрела способность двигать своей конечностью, при этом, совершаемые движения были достаточно плавными.
В отличие от аналогичной работы швейцарских ученых, которые использовали беспроводные технологии, в случае системы, созданной в OSU, для организации связи требуется некое промежуточное устройство. При должном подходе к этому, размеры устройства-транслятора нервных сигналов могут быть сокращены до размеров небольшого мобильного телефона. И, несмотря на некоторые неудобства с проводами, проводное подключение обеспечивает большую скорость и большую надежность передачи нервных сигналов, что положительно сказывается на качестве совершаемых движений.
«Мы надеемся, что практические решения на базе подобных систем передачи нервных импульсов появятся на рынке максимум через пять-десять лет» — рассказывает В. Джон Мэтьюс (V John Mathews), профессор из Орегонского университета, — «И даже те несколько шагов или простых движений, которые сможет сделать парализованный человек при помощи первых образцов новых устройств, смогут буквально перевернуть его жизнь коренным образом».
Технология сверхзвукового напыления — новое слово в производстве гибкой и прозрачной электроники
Гибкая и прозрачная электроника является одним из главных направлений в разработке электронных устройств нового поколения, устройств, которые можно полностью интегрировать прямо в одежду или в предметы повседневного обихода. Самым традиционным способом изготовления гибкой электроники является печать элементов на основании при помощи специальных чернил, но исследователи из университета Иллинойса в Чикаго и Корейского университета разработали новый способ изготовления прозрачных токопроводящих пленок, которые смогут стать основой тончайших дисплеев, способные сворачиваться в рулоны, и другой гибкой электроники.
Для создания токопроводящей пленки исследователи создали коллоидный водный раствор, наполнителем которого являются серебряные нанопроводники. Это раствор был распылен при помощи так называемое сопла Лаваля, сопла, сужение которого напоминает сужение у песочных часов. Такие сопла широко используются в реактивных двигателях, но в данном случае размер этого сопла составлял всего несколько миллиметров.
Сужение сопла ускоряло содержащую нанопроводники жидкость до сверхзвуковых скоростей. За время полета в воздухе жидкость успевает испариться, а нанопроводники, ударяясь о поверхность основания, сплавляются друг с другом за счет тепла, выделяющегося от трения и от энергии удара.
«Скорость в 400 метров в секунду является идеальной для такого процесса» — рассказывает Александр Ярин, профессор из университета Иллинойса, — «Если скорость будет слишком высока, к примеру, 600 метров в секунду, нанопроводники будут разрушены еще в полете. А если скорость будет слишком низкой, то энергии столкновения и трения будет недостаточно для получения высокой температуры, которая сплавляет проводники друг с другом».
Использованные исследователями нанопроводники имеют длину около 20 микрон и толщину, в 1000 раз меньшую толщины человеческого волоса. Это означает, что свет видимого диапазона проходит сквозь сетку из таких нанопрводников практически без потерь. А пленка, покрытая такой сеткой, остается прозрачной как стекло, но все же способна эффективно проводить электрический ток.
Сетка из нанопроводников может напыляться сверхзвуковым способом на поверхность стекла, пластика вне зависимости от сложности формы этой поверхности. Производительности одного сопла хватает для покрытия 100 квадратных сантиметров поверхности всего за 30 секунд времени. Будучи нанесенной на поверхность эластичного основания, сетка из нанопроводников способна выдержать растяжение в семь раз по отношению к ее первоначальной длине.
Создан новый ультразвуковой привод, способный приводить в действие микро- и нанороботов
Разработчики микро- и нанороботов биомедицинского назначения сталкиваются, в первую очередь, с проблемами создания не менее крошечных двигателей, которые способны обеспечить функционирование и движение этих устройств внутри живого организма. Очень часто исследователи используют для этого внешние магнитные поля, но такой подход не обеспечивает селективности управления, управления действиями одного или небольшой отдельной группы микромашин. Для преодоления данной проблемы группа исследователей из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Max Planck Institute for Intelligent Systems) разработала новый тип крошечного двигателя, движущей силой которого являются ультразвуковые колебания.
«Используя ультразвук различной частоты, мы можем обеспечить управление работой даже отдельных экземпляров микророботов. Кроме этого, такие ультразвуковые двигатели для своей работы не требуют наличия какой-либо электроники или каких-либо химических соединений, что делает их простыми, компактными и абсолютно безопасными для организма» — рассказывает Тиан Кью (Tian Qiu), исследователь из института Макса Планка, — «А в ближайшем будущем мы планируем сократить размеры наших ультразвуковых двигателей до субмиллиметрового уровня».
Новый ультразвуковой двигатель изготовлен из одного вида биологически совместимого полимерного материала. В этом материале создано углубление, в котором заключен крошечный пузырек воздуха, который и является рабочим элементом двигателя. Этот пузырек служит своего рода преобразователем, он колеблется с частотой воздействующих на него ультразвуковых колебаний и превращает их энергию в механическую энергию, за счет которой тело микроробота может двигаться в заданном направлении. Естественно, что заключенный в углублении пузырек имеет собственную резонансную частоту. И когда частота ультразвука совпадает с резонансной частотой пузырька, микродвигатель демонстрирует самую высокую эффективность.
«Мы обнаружили, что специально подготовленная поверхность полимерной пластины, толщиной 30-120 микрометров, может стать «пристанищем» для тысяч крошечных пузырьков. А воздействие ультразвука на все это обеспечивает производство силы тяги, достаточной для того, чтобы продвинуть робота на расстояние в несколько миллиметров» — рассказывает Тиан Кью, — «Простота материала и его структуры обеспечат простоту производства и низкую стоимость конечного продукта».
Следующими шагами, которые намерены сделать ученые, станут работы, направленные на увеличение эффективности работы ультразвукового микропузырькового двигателя. После этого такой двигатель будет встроен в реальное биомедицинское устройство, крошечный эндоскоп, быстрее всего, которое будет испытано в среде, максимально копирующей среду внутри живого организма.
Ученые научились синтезировать кристаллы лонсдейлита, гексагонального алмаза, который прочнее, чем обычный алмаз
Исследователи из австралийского Национального университета, возглавляющие работы в рамках международного проекта, разработали технологию получения наноразмерных кристаллов лонсдейлита, гексагонального алмаза, прочность которого на 58 процентов превышает прочность обычных ювелирных алмазов. Но не стоит надеяться на то, что в будущем вам удастся приобрести кольцо или другое украшение с такими камнями, они предназначаются для создания режущего инструмента и бурильных головок, которые смогут проходить сквозь самые твердые горные породы.
Напомним нашим читателям, что кристаллы лонсдейлита были найдены в природе только в областях кратеров, оставленных ударами метеоритов. Ни в каких других местах на земном шаре нет условий, необходимых для формирования кристаллов углерода с шестиугольной кристаллической решеткой. Такие условия были воссозданы лишь в лабораторных условиях группой, возглавляемой Джоди Брэдби (Jodie Bradby), адъюнкт-профессором из австралийского Национального университета, и в этих условиях были получены лишь наноразмерные кристаллики лонсдейлита.
Синтез кристаллов лонсдейлита проводился под высоким давлением, полученным при помощи специальной алмазной наковальни. При этом, температура, при которой проводился синтез, составляла всего 400 градусов Цельсия, практически в два раза ниже температуры, при которой производится выращивание кристаллов искусственных алмазов обычного типа.
«Шестиугольная кристаллическая решетка такого алмаза делает его намного прочнее обычных алмазов, имеющих кубическую кристаллическую решетку» — рассказывает Джоди Брэдби, — «Пока нам удалось получить такие кристаллы очень маленьких размеров. Но мы уже знаем, в какую сторону нам надо двигаться дальше, и в будущем мы попытаемся синтезировать кристаллы лонсдейлита больших размеров».
И в заключении следует отметить, что лонсдейлит получил свое название в честь Кэтлин Лонсдэйл (Dame Kathleen Lonsdale), британской ученой-кристаллографа, которая является первой в истории женщиной, ставшей членом лондонского Королевского научного общества.
AquaMav — беспилотник, который может летать и нырять, как морская птица
В свое время мы видели несколько беспилотных аппаратов, которые могут не только летать, но и плавать, и даже нырять, погружаясь ниже уровня воды. Но ни один из этих беспилотников не может делать это так, как это делает новый аппарат под названием AquaMav. Созданный исследователями и инженерами из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College London), беспилотник AquaMav складывает свои крылья, ныряя в воду как охотящаяся на рыбу морская птица. А в воздух этот аппарат возвращается, выпрыгивая из воды, подобно летающей рыбе.
Аппарат AquaMav весит всего 200 граммов. В воздухе он летает подобно традиционному самолету с неподвижным крылом, но когда настает время немного «промокнуть», он складывает свои крылья и ныряет в воду, подобно чайке или баклану, охотящемуся на рыбу. И происходит это все на скорости почти в 100 километров в час.
После отбора проб воды или выполнения других задач под водой, беспилотник AquaMav задействует свой резервуар со сжатым углекислым газом, который вырывается наружу через полую трубу в задней части аппарата. Создаваемой реактивной тяги достаточно для того, чтобы с большой скоростью вытолкнуть беспилотник из воды, подобно летающей рыбе, ищущей в воздухе спасение от хищника.
Находясь в воздухе, аппарат AquaMav способен лететь со скоростью 48 километров в час, а заряда его аккумуляторных батарей хватает на 14 минут полета, за которые он успевает преодолеть дистанцию в 5 километров. Это, в свою очередь, позволяет оператору аппарата оставаться на безопасной дистанции в случае применения беспилотника в районах стихийных бедствий или техногенных катастроф, сопровождающихся выбросом в окружающую среду токсичных или радиоактивных веществ.
«Во время чрезвычайных ситуаций, таких, как разливы нефти, AquaMav может полететь в район бедствия и нырнуть в возу, собрав образцы воды. Кроме этого он может сделать круг, производя съемку и выполняя замеры некоторых параметров окружающей среды» — рассказывает Мирко Ковач (Mirko Kovac), директор Лаборатории воздушной робототехники Имперского колледжа в Лондоне, — «После этого аппарат возвращается к месту запуска, позволяя загрузить собранные им данные или доставив образцы воды для их дальнейшего анализа».
Помимо сценариев стихийных бедствий и катастроф, беспилотный аппарат AquaMav может использоваться и в менее экстремальных случаях для сбора данных о солености воды, концентрации кислорода и других параметров, используемых в океанографических исследованиях. А в настоящее время опытный образец беспилотника AquaMav уже используется учеными-океанографами и одновременно испытывается в различных погодных условиях.
NABiRoS — двуногий робот, который заставляет задуматься, почему мы не передвигаемся боком
Одной из вещей, которая делает достаточно сложным дело изготовления двуногих гуманоидных роботов, является необходимость постоянного поддержания равновесия. Шагая вперед, человек постоянно раскачивается в стороны и наклоняется в сторону направления движения. Разработчики большинства роботов, за редким исключением, пренебрегают этими особенностями ходьбы, и именно поэтому даже наилучшие образцы гуманоидных роботов не могут похвастать грациозностью и пластикой своей походки.
Группа Денниса Хонга (Dennis Hong) из лаборатории Robotics and Mechanisms Laboratory (RoMeLa) Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе уже достаточно давно занимается проблемами ходьбы и шагающих роботов. И их последним творением является робот NABiRoS, очень далекий от антропоморфной конструкции, но за счет простоты этот робот двуногий способен ловко и проворно передвигаться даже по пересеченной местности.
«Вместо того, чтобы обеспечить максимальное подражание принципам ходьбы человека,» — рассказывает Деннис Хонг, — «мы использовали более изящное и простое решение, обеспечивающее роботу скорость и стабильность передвижения. И роботы такой конструкции могут оказаться весьма эффективным средством в некоторых ситуациях».
После рождения идеи конструкции робота NABiRoS на ее разработку и воплощение было потрачено всего две недели. И в результате на свет появился робот, который весьма ловко может перемещаться боком подобно тому, как перемещаются по земле морские крабы. А исследователи считают, что установка дополнительного подвижного сустава в колено конечности позволит роботу NABiRoS подниматься по лестницам, перешагивать через препятствия и делать другие вещи, с которыми не удалось справиться роботу SAFFiR и другим роботам в финале соревнования DARPA Robotics Challenge.
Однако, конструкция робота NABiRoS в ее нынешнем виде, не лишена серьезных недостатков. Сейчас робот может перемещаться только по прямой линии и у него нет никаких способов совершить поворот на месте или во время движения. В самом конце приведенного ниже видеоролика есть некоторые намеки на то, как это можно сделать, а Деннис Хонг намекает на то, что специалисты лаборатории RoMeLa уже начали работу над роботом ALPHRED. Конструкция робота ALPHRED будет во многом напоминать конструкцию робота NABiRoS за исключением того, что у нового робота будут четыре конечности, которые, вероятно, дадут ему свободу маневрирования на месте и во время перемещения.
Во Франции введена в строй первая дорога — солнечная электростанция
В рамках проекта Solar Roadways, реализуемого на территории США, фотогальванические элементы солнечных батарей устанавливаются на поверхности покрытия автостоянок и городских площадей. Но по другую сторону Атлантического океана творятся еще более масштабные дела. 22 декабря 2016 года Сеголен Руаяль (Segolene Royal), французский министр, ответственный за альтернативную энергетику, официально открыл движение по экспериментальному участку дороги длиной в один километр, покрытой элементами солнечных батарей. Эта дорога находится в Нормандии и ее поверхность покрывает около 3 тысяч групп солнечных батарей Wattway. В среднем этот участок дороги будет вырабатывать 767 кВт*ч электричества в день, а в летний солнечный день ее пиковая отдача будет составлять 1500 кВт*ч. Вся вырабатываемая дорогой электрическая энергия будет расходоваться на снабжение одного из поселков, через который она проходит.
Начало дороги — солнечной электростанции находится в точке южного съезда с шоссе Route RD5 в Турувре (Tourouvre). Если быть более точными, то на поверхности дороги установлено 2880 специализированных фотогальванических панелей Wattway, конструкция которых позволяет им выдержать все воздействия, оказываемые на них при интенсивном движении автотранспорта. Панели дорожных солнечных батарей подключены к электронике и преобразователям, которые делают все необходимое для сопряжения солнечной электростанции с энергетическими сетями общего назначения, находящимися во введении энергетической компании Enedis.
Ожидается, что дорога — солнечная электростанция будет вырабатывать около 280 МВт*ч энергии в год. Рядом с дорогой установлен информационный экран из нескольких плазменных панелей, на котором отображается информация о количестве выработанной дорогой энергии, об сэкономленном на этом количестве ископаемого топлива, об уменьшении выбросов углекислого газа в окружающую среду и т.п.
«Этот первый испытательный участок позволит нам улучшить процедуру монтажа, оптимизировать конструкцию и процесс производства наших дорожных солнечных батарей. И через некоторое время их стоимость сможет снизиться настолько, что они будут устанавливаться повсеместно» — рассказывает Жан-Чарльз Бройзат (Jean-Charles Broizat), представитель компании Wattway.
Согласно имеющейся информации, данный проект финансировался государством и обошелся в сумму в 5 миллионов евро. Опытный участок дороги — солнечной электростанции будет тестироваться на протяжении следующих двух лет. И этот этап опытной эксплуатации покажет, как солнечные батареи Wattway смогут выдержать автомобильное движение в количестве 2 тысяч автомобилей в день.
Искусственные алмазы позволят превратить ядерные отходы в источник энергии
Одной из главных проблем 21-го века является проблема утилизации отходов ядерных электростанций, которые, как правило, отправляются на длительное хранение в специально предназначенные для этого хранилища. Однако, в состав отходов ядерных электростанций входит достаточно большое количество радиоактивных изотопов, которые необходимы для их использования в промышленности и медицине, кроме этого некоторые из изотопов содержать большое количество заключенной в них энергии. И ученые-физики и химики из Бристольского университета нашли способ преобразования тысяч тонн ядерных отходов определенного вида в своего рода алмазные ядерные батареи, которые способны вырабатывать пусть небольшой электрический ток, но делать это на протяжение срока, превышающего срок существования человеческой цивилизации.
Бристольская группа работала над проблемой переработки отходов одного из основных источников этих отходов в Великобритании — устаревших ядерных реакторов типа Magnox, которые, отработав уже по половине столетия, начинают списываться и заменяться более современными реакторами. Эти реакторы первого поколения используют графитовые блоки в качестве регуляторов скорости реакции ядерного расщепления, поглощая и замедляя нейтроны. Десятилетия пребывания в условиях высокой радиации привели к тому, что часть обычного нейтрального углерода в графите превратилась в радиоактивный изотоп углерод-14. И таких графитовых блоков скопилось сейчас в Британии в количестве более 100 тонн.
При распаде углерода-14 вырабатывается низкоэнергетическое бета-излучение, состоящее из электронов, которые не способны «пробить» уже несколько сантиметров воздуха. Тем не менее, большое количество радиоактивных графитовых блоков представляет собой опасность для окружающей среды, и вместо того, чтобы похоронить все это «добро», бристольские ученые нашли способ выделения из него практически всего углерода-14 и превращения этого углерода в искусственный алмаз.
Бристольские исследователи обнаружили, что большая часть углерода-14 сосредоточена внутри графитовых блоков неравномерно, естественно, большая часть радиоактивного изотопа находится в тех частях блоков, которые находились ближе всего к урановым топливным стержням. Поэтому ученые нагрели графитовые блоки с более радиоактивной стороны до температуры, когда радиоактивный углерод покинул графит в виде газа. Это газ был собран, охлажден и под высоким давлением преобразован в искусственный алмаз.
Алмаз является веществом, которое под воздействием определенных видов радиоактивного излучения производит небольшой электрический ток. А в данном случае алмаз, состоящий преимущественно из радиоактивного углерода, сам является источником этой радиации. Поэтому алмазная ядерная батарея не имеет никаких движущихся частей, она поглощает создаваемую ею же радиацию и не требует никакого обслуживания.
Искусственные алмазы, изготовленные из углерода-14 достаточно радиоактивны, поэтому они облачены в слой из обычного нерадиоактивного искусственного алмаза. Этот слой удерживает бета-излучение достаточно хорошо, снижая его интенсивность практически до нуля, а высокая прочность алмаза позволяет ему выступать в роли защиты, обеспечивающей сохранность внутреннего радиоактивного ядра батареи.
Бристольские ученые уже создали первый опытный образец алмазной ядерной батареи с ядром, в составе которого находится радиоактивный изотоп никель-63. А сейчас они приступают к изготовлению такой же батареи с ядром на основе углерода-14, которая будет более эффективна, нежели никелевая батарея. Более того, из-за очень длительного периода полураспада углерода-14, батарея на его основе сможет через 5 730 лет вырабатывать половину от ее изначальной мощности.
«Мы предполагаем, что такие батареи могут быть использованы в ситуациях, когда невозможно произвести подзарядку аккумуляторов из любых внешних источников энергии» — рассказывает профессор Том Скотт (Tom Scott), — «Алмазные ядерные батареи смогут стать источником энергии для малопотребляющих электронных устройств, они смогут снабжать энергией в течение очень длительного времени высотные беспилотные летательные аппараты, космические корабли и многое другое».
Термоэлектрическая краска превратит крыши и стены зданий в источник дополнительной энергии
Краска в наше время становится намного большим, чем она имела обыкновение быть до этого. Ученые в свое время уже разработали фотогальваническую краску, которая превращает покрытые ею поверхности в солнечные батареи, которые поглощают энергию солнечных лучей и превращают ее в электрическую энергию. А не так давно, исследователи из корейского Национального института науки и техники (Ulsan National Institute of Science and Technology, UNIST) создали термоэлектрическую краску, преобразовывающую в электричество тепло от нагретых Солнцем крыш и стен зданий, тепло, вырабатываемое промышленными установками и т.п.
«Крыши и стены зданий нагреваются летом выше 50 градусов Цельсия. Если мы покрасим все это термоэлектрической краской, то мы сможем преобразовать в электричество огромное количество ненужного тепла» — рассказывает Жо Сунг Сон, ведущий исследователь из института UNIST, — «Так же такая краска может быть нанесена на поверхности автомобилей, морских судов и технологического оборудования, собирая энергию, которая в обратном случае теряется безвозвратно»
В качестве термоэлектрического наполнителя в краске находятся частицы теллурида висмута (Bi2Te3), вещества, достаточно широко использующегося в термоэлектрических преобразователях. Путем технологии молекулярного спекания в течение 10 минут при температуре в 450 градусов, ученые заставили эти частицы соединиться друг с другом, за счет чего была увеличена плотность частиц в краске и эффективность их работы, которая составила 0.67 для частиц n-типа и 1.21 для частиц p-типа. После нанесения краски на поверхность и последующего ее запекания она формирует однородный слой, толщиной около 50 микрометров.
Испытания показали, что термоэлектрические элементы, нарисованные при помощи новой краски, обеспечивают производительность в пределах от 4 до 26.3 милливатт на квадратный сантиметр. Такие показатели сравнимы с показателями более традиционных термоэлектрических преобразователей и намного превышают показатели других преобразователей, изготовленных на базе специальных чернил или пасты.
Помимо самого очевидного использования, новая термоэлектрическая краска может быть использована в качестве источника энергии для малопотребляющих электронных устройств, встраиваемых в одежду человека или в элементы конструкций и сооружений. Также такую краску можно использовать при изготовлении печатаемой электроники, а ее нечувствительность к воздействию воздуха и влаги позволят применять ее для покрытия поверхности объектов, находящихся на открытом воздухе и испытывающих на себе воздействие всех неблагоприятных факторов окружающей среды.
Иллюстрация: Atkritka.com
http://www.dailytechinfo.org/about.html
