Новости науки и техники.
Броня из особой металлической пены дезинтегрирует попадающие в нее пули
Исследователи из университета Северной Каролины (North Carolina State University) разработали новый высококачественный броневой материал, который в буквальном смысле превращает в пыль попадающие в него пули. Основой этого материала является композитная металлическая пена (composite metal foam, CMF), которая более легка и намного более прочна, чем обычная броневая сталь, используемая сегодня для защиты военной техники.
Разработка «пенного» броневого покрытия является результатом нескольких лет работы исследовательской группы из университета Северной Каролины, возглавляемой профессором Афсанех Рабии (Afsaneh Rabiei), которая досконально изучила свойства этого класса материалов.
можно увидеть процесс дезинтеграции бронебойной пули от патрона 7.62×63 мм M2, которая используется для стандартных процедур проверок брони, используемых американским Министерством Юстиции. Использованное броневое покрытие имеет около дюйма (2.54 сантиметра) в толщину, оно состоит из керамического основания, слоя кевлара и переднего поглощающего слоя металлической пены.
«Новая броня, толщиной чуть менее дюйма, оказалась в состоянии остановить пулю от специального бронебойного патрона. При этом, образовавшееся в броне углубление имело глубину менее 8 миллиметров» — рассказывает Афсанех Рабии.
Кроме систем защиты техники и бронежилетов нового поколения, броня из композитной металлической пены может использоваться и в массе других областей, к примеру, при транспортировке токсичных веществ и ядерных отходов, для защиты космических аппаратов от ударов метеоритов и микрометеоритов. Кроме этого, композитная металлическая пена выдерживает воздействие чрезвычайно высоких температур и может эффективно блокировать рентген, гамма-излучение и нейтронную радиацию.
Новая эффективная система беспроводной передачи энергии позволяет летать беспилотнику, не используя аккумуляторных батарей
Если вы хотите, чтобы ваш беспилотник летал дольше и дальше, ему потребуется установить новую более емкую аккумуляторную батарею. Однако, дополнительный вес, который при этом придется понимать в воздух, требует дополнительного расхода энергии, что уменьшает время полета. Это — дилемма, с которой сталкиваются все разработчики летательных аппаратов на электрической тяге. И одним из возможных решений возникающей проблемы является использование систем беспроводной передачи энергии.
Доктор Сэмер Олдхээр (Dr. Samer Aldhaher) из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College London) и его группа создали новую простую и эффективную систему беспроводной передачи энергии. Количество передаваемой ею энергии вполне достаточно для того, чтобы держать в воздухе небольшой квадрокоптер в течение сколь угодно длительного промежутка времени.
Передатчик этой системы изготовлен на двухсторонней печатной плате и в его основе лежит инвертор Е-класса, работающий на резонансной частоте 13.56 МГц. Столь высокая частота работы инвертора была получена за счет использования силового транзистора на основе нитрида галлия, который был произведен компанией GaN Systems. Помимо высокой эффективности передачи энергии, большая частота, на которой работает система, позволила использовать катушку приемника, состоящую всего из одного витка медной ленты, который еще выступает в роли защиты роторов беспилотника. Основой приемной системы является высокочастотный выпрямитель класса D, имеющий очень низкий показатель потерь, и высокоэффективный DC/DC преобразователь.
Не следует пока ожидать, что данная система беспроводной передачи энергии позволит беспилотнику свободно летать, не используя для этого энергию из аккумуляторных батарей.. Но в ближайшее время исследователи уже планируют разработку и создание новой системы беспроводной передачи энергии, которая позволит беспилотнику свободно летать в пределах одной комнаты.
Один тайфун сможет обеспечить энергией всю Японию на 50 последующих лет
Тайфуны, эти грандиозные и грозные явления природы, прочно ассоциируются у людей со стихийными бедствиями и наносимым им ущербом. Однако, Ацуши Шимизу (Atsushi Shimizu), японский инженер и основатель компании Challenergy предложил идею, как использовать необузданную энергию стихии в своих целях. Он разработал конструкцию «тайфуноустойчивой» турбины ветрогенератора и такие ветрогенераторы, установленные в достаточном количестве, могут обеспечить Японию энергией на 50 лет вперед за время одного единственного тайфуна.
«Япония имеет гораздо больший потенциал в области ветряной энергетики, нежели в области солнечной энергетики, которая сейчас развивается быстрыми темпами» — утверждает Ацуши Шимизу. И он полностью прав, на протяжении только этого года Япония испытала на себе воздействие шести тайфунов разной силы. И если задумка Ацуши Шимизу реализуется в полной мере, то Япония может стать ведущей в мире страной по количеству электрической энергии, вырабатываемой из энергии ветра.
Турбина ветрогенератора Ацуши Шимизу отличается от классических турбин двумя основными моментами. Первый момент — она имеет вертикальную конструкцию и специальные лопасти, которые могут изменять свою форму для того, чтобы выдерживать сильные и резкие порывы ураганного ветра. Вторым отличием является механизм ее «всенаправленной» оси, который позволяет турбине эффективно «поглощать» ветер со всех направлений.
Созданный опытный образец «тайфуноустойчивой» турбины продемонстрировал эффективность преобразования энергии ветра в электрическую на уровне 30 процентов, что на 10 процентов ниже, чем у турбин с классическими роторами и лопастями. Но платой за такую потерю эффективности является то, что турбины Ацуши Шимизу могут пережить и эффективно работать даже во время самого сильного шторма. Для сравнения, во время тайфуна Usagi, второго по силе тайфуна в Азии в 2013 году, в Японии было полностью разрушено восемь обычных ветрогенераторв и еще восемь получили критические повреждения.
Опытная «тайфуноустойчивая» турбина была установлена этим летом на побережье неподалеку от Окинавы. И теперь команда Ацуши Шимизу ожидает прихода очередного тайфуна, который должен стать испытанием для этой турбины в реальных условиях.
К сожалению, пока в мире еще не существует технологий, способных обеспечить быстрое поглощение и длительное хранения больших количеств энергии, которые могут вырабатываться фермами «тайфуноустойчивых» турбин за относительно короткое время. Возможным вариантом решения является использование огромных аккумуляторных батарей, подобных той, строительство которой ведет компания Tesla неподалеку от Лос-Анджелеса. Но и такая аккумуляторная батарея вряд ли сумеет «проглотить» всю энергию тайфуна. Так что, по всей видимости, изобретение Ацуши Шимизу обретет максимальную актуальность только тогда, когда на свет появятся принципиально новые технологии аккумулирования и хранения больших количеств энергии.
Орбитальный аппарат TGO миссии ExoMars готовится к началу своей научной миссии
После долгого путешествия в космосе и богатого событиями прибытия в район Марса, орбитальный исследовательский аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) российско-европейской миссии ExoMars готовится к началу выполнения своей научной миссии. Во время двух очередных витков вокруг Красной Планеты аппарат проведет проверку и первоначальную калибровку своих научных инструментов, готовясь к проведению подробных и тщательных исследований марсианской атмосферы, которые, согласно планам, начнутся в марте 2018 года.
Орбитальный аппарат TGO автоматической миссии ExoMars, которая достигла окрестностей Марса 19 октября 2016 года, сейчас находится на сильно эксцентрической орбите с периодом обращения 4.2 суток. Верхняя точка орбиты удалена от поверхности Марса на 98 тысяч километров, а нижняя — всего на 230 километров. В настоящее время аппарат выполняет маневр так называемого атмосферного торможения, периодически проходя через верхние слои тонкой и разреженной атмосферы. Постепенное торможение должно выровнять траекторию движения аппарата TGO и вывести его к марту 2018 года на круговую орбиту, находящуюся на высоте 400 километров от поверхности планеты. И с этого момента аппарат начнет выполнение своей основной научной миссии.
Все вышесказанное не означает, что аппарат TGO будет «плевать в потолок» до марта 2018 года. К сожалению, большую часть времени аппарат будет находиться на большом удалении от Красной Планеты, что сделает неэффективной работу его научных инструментов. Но за все это время специалисты миссии проведут операции по тестированию, настройке и калибровке научных инструментов для того, чтобы удостовериться, что они работают должным образом и отсылают назад на Землю точные данные, собираемые во время максимального сближения аппарата с планетой.
Одной из запланированных тестовых операций является проверка работы датчика нейтронов, который уже использовался во время путешествия аппарата от Земли к Марсу. Эта проверка имеет особо важное значение после того, как отделение посадочного модуля Schiaparelli стало причиной кардинальных изменений конфигурации и формы космического аппарата. Этот нейтронный датчик предназначен для поисков нейтронов, рожденных во время воздействия космических лучей на верхние слои атмосферы и на поверхность планеты. Данные, собираемые этим датчиком, позволят ученым узнать больше о структуре и составе материала поверхности, и найти залежи льда и воду, которые находятся на глубине до двух метров ниже уровня поверхности.
Помимо датчика нейтронов, еще два инструмента аппарата TGO будут использоваться для проведения предварительного анализа верхних слоев марсианской атмосферы, делая особый упор на обнаружение следов метана, основного индикатора наличия микробиологических форм жизни. Эти два датчика будут производить как прямые замеры, так и косвенные измерения, улавливая и анализируя лучи Солнца, прошедшие через атмосферу.
И естественно, что камера аппарата TGO постоянно будет делать снимки поверхности Марса и звезд с целью калибровки положения аппарата относительно поверхности. Поскольку аппарат пока будет пролетать над поверхностью на очень высокой скорости, для получения высококачественных снимков специалистам миссии придется прибегнуть к некоторым уловкам. Камера будет делать серии снимков одних и тех же участков поверхности с различных углов. А последующая математическая обработка этих снимков позволит улучшить их качество, вычислить высоты отдельных участков и составить трехмерные изображения.
Если первые тесты камеры аппарата пройдут без всяких неожиданностей, руководители миссии дадут команду на начало проверки системы оптических фильтров камеры и механизмов получения стереоскопических изображений. Кроме этого, камера будет производить съемку и наблюдения за одним из спутников Марса, Фобосом.
А после того, как орбита аппарата TGO начнет приближаться к круговой, аппарат начнет выполнять еще одну функции, выступая в роли релейной станции и накопителя информации, собираемой марсоходами Curiosity и Opportunity, продолжающими действовать на поверхности Красной Планеты.
Компания Intel устроила грандиозный «фейерверк» при помощи «роя» из 500 беспилотников
Оказывается, что небезызвестная компания Intel, помимо всего прочего занимается разработкой и производством малых беспилотных летательных аппаратов, предназначенных для самых различных целей. Последним из таких творений «голубого гиганта» является беспилотник под названием «Shooting Star», который предназначен исключительно для создания световых шоу в воздухе. И недавно компания Intel устроила в Германии грандиозный «фейерверк», в котором было одновременно задействовано 500 летательных аппаратов Shooting Star, благодаря чему этот случай занял соответствующее место в Книге мировых рекордов Гиннеса.
Следует отметить, что данный мировой рекорд является не первым рекордом данного вида. Предыдущий рекорд был установлен в прошлом году той же компанией Intel, которая подняла в воздух группу из 100 беспилотников предыдущего поколения.
Новые беспилотники Shooting Star могут излучать свет миллионов цветов и оттенков, а специализированное программное обеспечение, разработанное в свое время немецкой компанией MAVinci GmbH, управляет синхронными «танцами» этих аппаратов в воздухе, рассчитывая траекторию движения для каждого из аппаратов в отдельности и не допуская их столкновений.
И в заключении следует отметить, что демонстрация полета группы из 500 беспилотников была проведена в Германии в силу лояльности местных законов в этом отношении. Сейчас же представители компании Intel ведут переговоры с Федеральным управление гражданской авиации США (Federal Aviation Administration) и подобными органами других стран на предмет получения разрешение на ночные полеты больших групп беспилотников под управлением одного пилота, наряду со вторым пилотом на случай подстраховки.
Беспроводные технологии позволили снова соединить разорванные участки нервной системы
Повреждения спинного мозга в большинстве случаев приводят к параличу ног или всей нижней части тела человека из-за того, что разрывается связь между мозгом и спинным мозгом даже при условии того, что обе упомянутых части нервной системы остаются в полностью функциональном состоянии. И недавно исследователи из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), университета Брауна (Brown University), и института Medtronic and Fraunhofer ICT-IMM, Германия, разработали систему, которая позволяет обойти поврежденные участки нервной системы, восстанавливая связь моторного участка головного мозга со спинным мозгом. При этом, вся система работает при помощи беспроводных технологий, а в качестве демонстрации вниманию общественности была представлена специально парализованная обезьяна, которая смогла передвигаться практически своей нормальной походкой.
За последние годы ученые-нейробиологи и медики добились значительных успехов в направлении восстановления подвижности конечностей у парализованных в результате травмы позвоночника людей. В одних случаях для этого были использованы имплантаты, стимулирующие местные нервные сети спинного мозга. Такая технология не требует прямого подключения к мозгу, а необходимые сигналы управления получаются за счет обработки целого ряда косвенных данных. Этот подход является самым простым, но он позволяет совершать лишь малое количество разновидностей движений, которые являются резкими и не очень точными.
Более высокое качество управления конечностями парализованных людей обеспечивают технологии, требующие прямого подключения имплантата к мозгу человека. Сигналы управления черпаются прямо из соответствующих зон мозга и используются для непосредственной стимуляции мускулов конечностей. Однако, такой подход не очень практичен, так как он требует подключения имплантата к быстродействующему компьютеру через достаточно толстый кабель, торчащий из черепа пациента.
Для решения последней из описанных выше проблем ученые разработали специальный нейросенсор, который связывается с компьютером при помощи беспроводных технологий. Компьютер обрабатывает поступающие данные, выделяет из них соответствующие образы и опять при помощи беспроводных технологий передает их устройству, подключенному прямо к спинному мозгу. Вся эта цепочка организована таким образом, что спинной мозг получает точно такие же сигналы, как и от мозга, говорящие, каким мускулам и с какой силой необходимо «сработать» в данный момент времени.
Вся система была откалибрована путем внедрения соответствующих имплантатов в нервную систему здоровых обезьян. Обработка огромного массива собранной информации позволила ученым выделить необходимые образы мозговой деятельности и соотнести их с командами управления каждым элементом мышечной системы. Затем, имея на руках готовые шаблоны и прочую необходимую информацию, ученые внедрили имплантаты в нервную систему двух макак с повреждениями верхней части позвоночника. Через некоторое время парализованные обезьяны уже могли двигать задними конечностями, а через месяц они начали ходить, передвигая ногами почти так, как они это делают естественным образом.
Несмотря на то, что исследователям удалось добиться работоспособности беспроводной системы, им предстоит проделать еще массу работы, прежде чем такая система сможет быть использована для восстановления подвижности конечностей у парализованных людей. В настоящее время система обеспечивает только одностороннюю связь и не может передавать сенсорную информацию назад, от спинного к головному мозгу. Именно реализацией обратных связей и планируют заняться ученые в ближайшем будущем.
Созданы нанороботы-рыбы, предназначенные для работы внутри кровеносной системы человека
Темпы развития областей нанотехнологий, робототехники и медицины позволяют рассчитывать на то, что в не очень далеком будущем на свет появятся крошечные «умные» машины, нанороботы, которые будут заниматься постоянным поддержанием здоровья людей на должном уровне, действуя внутри человеческого тела. Шагом к реализации этой мечты являются крошечные нанороботы-рыбы, созданные специалистами Калифорнийского университета в Сан-Диего. Эти роботы, функционирующие под управлением внешнего магнитного поля, уже способны выполнять ряд достаточно сложных работ, включая доставку лекарственных препаратов к месту назначения, проведение микрохирургических операций и выполнение других манипуляций с отдельными клетками организма.
Разработанные группой Джинксинга Ли (Jinxing Li) нанороботы, которые в 100 раз меньше крупинки песка, состоят из крошечных золотых и никелевых сегментов, скрепленных друг с другом серебряными перемычками. Для управления этими роботами используется внешний электромагнит, поле которого воздействует на сегменты из никеля, который является единственным магнитным материалом в конструкции этого наноробота. Переменное магнитное поле определенной формы, генерируемое магнитом, заставляет тело робота изгибаться, совершая колебательные движения, напоминающие движения тела рыбы в воде. А изменение параметров магнитного поля позволяет контролировать направление и скорость движения этого крошечного «пловца».
Следует отметить, что данные нанороботы являются далеко не первой подобной разработкой. Но большая часть того, что было создано ранее, по конструкции более напоминает крошечные субмарины, а не рыбу. Такие нанороботы традиционно имеют «хвост», закрученный в виде штопора, который выполняет роль винта субмарины и идея которого была позаимствована у некоторых видов микроорганизмов.
Ученые из Калифорнийского университета провели испытания созданных ими нанороботов, сравнительный анализ характеристик их движения и возможностей с аналогичными параметрами других подобных нанороботов. Несмотря на достаточно высокую сложность их изготовления, калифорнийские нанороботы продемонстрировали большую маневренность, большую скорость передвижения и более высокую эффективность, нежели их ближайшие конкуренты.
А сейчас калифорнийские исследователи разрабатывают конструкцию нового наноробота, изготовленную из биоразлагаемых материалов, которая будет растворяться внутри организма человека без следа и не нанося ему вреда после того, как наноробот выполнит поставленную перед ним задачу.
Разработана радиоимпульсная технология, способная обеспечить терабитные скорости в беспроводных сетях
Группа исследователей из университета Райс (Rice University) разработала новую радиоимпульсную технологию, в которой не используются лазеры, на базе которой в будущем могут быть созданы беспроводные сети, обеспечивающие скорость передачи данных не менее 1 терабита (1 триллиона бит) в секунду. Это в 20 тысяч раз больше скорости нынешних беспроводных сетей 4G и в 20 раз быстрей, нежели скорость наилучших оптических каналов, через которые предоставляется доступ в Интернет конечным потребителям.
Потребность в столь высоких скоростях передачи данных была обозначена исследованиями, проведенными компанией Cisco в 2016 году. Согласно результатам этих исследований только в течение 2015 года глобальный мобильный трафик вырос на 74 процента по сравнению с предыдущим годом, достигнув значения 3.7 экзабита (около 30 миллионов терабит) в декабре 2015 года. Количество трафика, сгенерированного смартфонами, выросло в 2015 году на 43 процента, достигнув среднего показателя в 929 мегабайт в месяц на одного пользователя.
«Преодоление терабитного порога позволит решить проблему обеспечения качественным трафиком конечных пользователей, это позволит реализовать целый набор новых мобильных сервисов и изменит некоторые из существующих коммуникационных парадигм» — рассказывает Эдвард Найтли (Edward Knightly), профессор из университета Райс.
Использованная исследователями радиоимпульсная технология в корне отличается от технологий модуляции несущей частоты, которые в течение многих десятилетий используются в области беспроводных коммуникаций. И, с большим процентом вероятности, радиоимпульсная технология является единственной, которая позволит «перепрыгнуть» через терабитный барьер, используя для этого единственный канал передачи данных. Но для практической реализации разработанной технологии ученым предстоит преодолеть еще ряд сложных технических проблем.
Напомним нашим читателям, что первую импульсную радио-технологию для передачи данных использовал Гульельмо Маркони (Guglielmo Marconi) в начале 1900-х годов. Он использовал антенну, соединенную с большим конденсатором. При заряде конденсатора и достижении определенного электрического потенциала происходил пробой воздушного промежутка и вся энергия конденсатора устремлялась в антенну в виде короткого импульса.
«Наша импульсная система также построена на принципах, которые использовал Маркони. Но вместо конденсатора и воздушного промежутка в ней используется высокоскоростной биполярный транзистор, подающий энергию на антенну, находящуюся прямо на кристалле чипа» — рассказывает Эдвард Найтли, — «Мы накапливаем энергию внутри чипа в магнитном виде и используем простой цифровой «спусковой механизм», который позволяет получить радиоимпульсы с пикосекундной длительностью. В нашей системе нет никакого генератора, на ее выходе мы получаем чистые цифровые радиоимпульсы».
Лаборатория, в которой работает данная группа исследователей, установила в этом году своего рода рекорд, получив самый короткий радиоимпульс, длительность которого составляла 1.9 пикосекунды. А сейчас исследователи работают над созданием передатчика, который сможет посылать еще более короткие радиоимпульсы с частотой от 100 гигагерц до нескольких терагерц. Этот передатчик будет содержать около 10 тысяч отдельных антенн, каждая из которых будет связана с собственным управляющим чипом. Такое количество антенн позволит получить высокую мощность выходного сигнала, которой будет достаточно для организации связи на удалении до 300 метров сначала. Кроме этого, такое количество антенн позволит с высокой точностью управлять формой и другими параметрами вырабатываемого радиосигнала.
«Коммуникационные технологии, основанные на модуляции сигнала несущей частоты, используемые в последние несколько десятков лет, прекрасно подходят для работы на относительно низких частотах. Но все это в корне изменяется при переходе на более высокие частоты, в диапазон, лежащий выше отметки в 100 гигагерц» — рассказывает Эдвард Найтли, — «В этом случае мы должны использовать только узконаправленную передачу в пределах прямой видимости. Это позволит нам избежать нежелательных отражений сигналов и это максимально затруднит перехват передаваемой информации. Наша технология использует радиосигналы, но эти радиосигналы сфокусированы подобно лучу лазерного света».
Искусственный интеллект позволяет значительно ускорить и увеличить качество трехмерной печати
Все идет к тому, что через некоторое время вы не будете и подозревать, что декорации для концертного зала или театральной сцены были разработаны специализированной компьютерной системой и быстро изготовлены автоматически руками роботов. Именно этим направлением занимается новая компания под названием Ai Build, которая базируется в Лондоне и специалисты которой стараются совместить технологии искусственного интеллекта и технологии крупномасштабной трехмерной печати.
В настоящее время специалисты компании Ai Build используют «руки» промышленных роботов Kuka, которые их стараниями были превращены в трехмерные принтеры, способные создавать структуры больших размеров и любой степени сложности. Но самая изюминка заключается в том, что системы управления этими роботами имеют встроенные системы искусственного интеллекта, которые позволяют им выполнять свою работу быстрее, качественнее и расходуя на это меньшее количество материала.
Идея столь полезного симбиоза искусственного интеллекта и трехмерной печати принадлежит Дэгану Каму (Daghan Cam), основателю и руководителю компании Ai Build, который в свое время занимался строительством и часто задумывался над проблемой увеличения эффективности и автоматизации строительных технологий.
Первым творением трехмерный принтеров компании Ai Build является павильон «Daedalus Pavilion», созданный для украшения конференции GPU Technology Conference, которая проходила в Амстердаме. Эта структура имеет габариты 4.88 метра в ширину и 4.3 метра в высоту. 48 деталей, из которых состоит это сооружение, были напечатаны менее чем за 15 дней, а на их окончательную сборку и установку потребовалось менее одного дня.
Система трехмерной печати Ai Build использует внешние камеры и компьютеры со встроенными алгоритмами глубинного машинного изучения, что позволяет роботам учиться на своих собственных ошибках. Эти ошибки роботы быстро устраняют, как говорится, на лету, вместо того, чтобы работать медленно, избегая совершения этих ошибок. В результате этого роботы Ai Build могут создавать трехмернопечатанные структуры в два раза быстрее, чем при использовании стандартных методов управления процессом печати.
Все это является тонким намеком на то, что «творческие» роботы, снабженные искусственным интеллектом, в недалеком будущем будут использоваться в промышленности, строительстве и других областях. Их высокоэффективная, быстрая и безошибочная работа сделает технологии аддитивного производства одним из основных видов производственных технологий, который позволит сэкономить достаточно дорогостоящее рабочее время и исходные материалы. А люди, освободившиеся от выполнения однообразной и тяжелой рутинной работы смогут найти более творческое и интересное применение своим силам.
Подготовил: научный редактор проф. Якубович С.К.
Иллюстрация: malitikov.ru
http://www.dailytechinfo.org/about.html
