Ученые грибов объелись решили строить из грибов жильё.

И всё ради заботы об экологии. В общем зелёное добралось и до строительства... Короче, ученые разрабатывают способ выращивания строительных материалов с использованием вязаных форм и корневой сети грибов.
Суть заключается в разработке нового композиционного материала для строительства, который назвали "микобетон" (Мне больше нравится название "грибоцемент")
Этот материал обладает уникальными свойствами, которые позволяют ученым выращивать легкие и прочные строительные материалы различных форм. Доктор Джейн Скотт из Университета Ньюкасла, автор статьи в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, объясняет: "Мы хотим изменить внешний вид и ощущения архитектурных пространств, используя мицелий в сочетании с другими биологическими материалами, такими как шерсть, опилки и целлюлоза".
Для создания грибоцемента ученые смешивали споры мицелия с зернами, на которых грибы могут питаться, и материалом, на котором они могут расти. Затем эту смесь упаковывали в форму и помещали в специальную среду, чтобы мицелий мог расти и связывать субстраты друг с другом. После достижения нужной плотности, но до образования грибов, образцы высушивались. Таким образом, получался дешевый и экологически чистый материал, который может заменить пенопласт, древесину и пластик.
Однако, для роста мицелию необходим кислород, что ограничивает размер и форму жестких форм. Для решения этой проблемы, ученые решили использовать трикотажные ткани. Эти формы, которые проницаемы для кислорода, могут менять свою жесткость по мере роста мицелия.
Но текстиль может быть слишком гибким, что затрудняет последовательную упаковку форм. Поэтому Скотт и ее коллеги решили разработать смесь мицелия и производственную систему, которая могла бы использовать потенциал вязаных форм. "Вязание - это универсальная 3D-производственная система", - говорит Скотт. "Она легкая, гибкая и может принимать различные формы без использования швов и отходов".
Ученые провели испытания прочности образцов микобетона, выращенных в вязаных опалубках, и обнаружили, что они превосходят обычные образцы композита из мицелия. Кроме того, опалубка из трикотажного полотна обеспечивала лучшую доступность кислорода и предотвращала усадку материала при сушке. Это позволяет достичь более стабильных результатов производства.
Команда также создала прототип конструкции под названием BioKnit - купол, который состоит из цельного куска и не имеет слабых мест из-за гибкой вязаной формы. Таким образом, использование вязаных форм и корневой сети грибов позволяет ученым создавать экологически чистые строительные материалы различных форм и повышать их прочность и устойчивость. Эти инновации могут значительно снизить негативное влияние строительной индустрии на окружающую среду.

Источник: https://phys.org/news/2023-07-scientists-futuristic-eco-building-fungal-networks.html

Учёные не оставляют попыток улучшить цинковые аккумуляторы

Водные цинк-ионные аккумуляторы с металлическими цинковыми анодами имеют некоторые проблемы, связанные с дендритами и побочными реакциями. Это помимо того факта, что их считают уже морально устаревшими. Однако проблемы современных литиевых аккумуляторов, которые токсичны, да и полыхнуть могут внезапно, заставляют стряхивать пыль со старых технологий.
Так вот, китайские учёные из Южного университета науки и технологии в городе Шэньчжэнь разработали две новые трехмерные графеновые матрицы с иерархической структурой, которые могут решить проблемы с дендритами и побочными реакциями. Эти матрицы состоят из кластеров графеновых нановолокон, легированных азотом, которые закреплены на вертикальных графеновых массивах из модифицированного многоканального углерода.
Ох уж этот графен...
Одна из матриц имеет углеродные каналы радиального направления, которые обладают большой площадью поверхности и пористостью. Это позволяет эффективно снизить локальную плотность тока на поверхности, регулировать градиент концентрации ионов цинка (Zn2+) и равномерно распределить электрическое поле для контроля осаждения цинка (Zn).
Иными словами, китайцы изобрели интеркаляционный электрод для цинкового аккумулятора. С некоторыми оговорками, конечно. Если вы слышите это сложное слово впервые, то знайте, что именно такие электроды сделали литиевые аккумуляторы реальностью. Их суть заключается в том, что в процессе работы аккумулятора носитель заряда, а это обычно ионы металлов, осаждаются на электродах не в металлическом виде, а внедряются в структуру материала электрода, причем со скоростями, не уступающими обычному металлическому осаждению. Для лития это критичная технология, так как литий, осаждаясь в металлическом виде, если не внедряться в подробности, делает из аккумулятора настоящую бомбу.
Для цинка это не настолько критично, однако такая технология значительно улучшает старые добрые цинковые аккумуляторы.
Таким образом, технология построения 3D-иерархической структуры для цинковых анодов открывает новые возможности для использования металлического цинка в аккумуляторах с высокими скоростями и емкостями. Металлический цинк имеет много преимуществ, таких как высокая теоретическая емкость, низкий окислительно-восстановительный потенциал и экологическая безопасность, что делает его одним из наиболее перспективных материалов для энергосберегающих технологий.

Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-023-39947-8

Литий сдает позиции... Потихоньку

Недавно японские ученые представили полностью твердотельную перезаряжаемую воздушную батарею (SSAB), которая обладает высокой прочностью и долговечностью.
Исследование проводилось под руководством профессора Кендзи Миятаке из университетов Васэда.
В отличие от традиционных литий-ионных аккумуляторов, использующих жидкие полимерные электролиты, эта батарея использует твердые электроды и твердотельный электролит, что позволяет преодолеть множество проблем, связанных с жидкими электролитами, таких как воспламеняемость и нестабильность.
Исследователи выбрали 2,5-дигидрокси-1,4-бензохинон (DHBQ) и его полимер (поли 2,5-дигидрокси 1,4-бензохинон-3,6-метилен, PDBM) в качестве активных материалов для отрицательного электрода, так как они обладают стабильными и обратимыми окислительно-восстановительными свойствами условиях повышенной кислотности.
Если вдруг я что-то напутал с химическими названиями или вы ничего не поняли, то, проще говоря, нашли полимер для отрицательного электрода (уже фантастически звучит), а сам по себе аккумулятор также работает за счёт окислительно-восстановительных реакций, но носителем зарядов является ионы водорода и гидроксид ионы.
Вместо жидкого электролита исследователи использовали протонпроводящий полимер Нафион в качестве твердого электролита.
После сборки экспериментального образца SSAB исследователи провели эксперименты, чтобы оценить его характеристики заряда-разряда, скоростные характеристики и циклируемость. Они обнаружили, что SSAB не разрушается в присутствии воды и кислорода, что является значительным преимуществом по сравнению с традиционными воздушными батареями. Кроме того, замена окислительно-активной молекулы DHBQ на полимерный аналог PDBM позволила улучшить производительность отрицательного электрода.
Эта новая разработка открывает новые возможности для развития более прочных и безопасных батарей. Полностью твердотельные перезаряжаемые воздушные батареи могут стать основой для энергетически эффективных решений в различных областях, таких как электромобили, портативные электронные устройства и хранение энергии из возобновляемых источников.

Источник: https://www.waseda.jp/top/en/news/78001

Ну всё, ИИ теперь и учёных заменять будет!.. Но это не точно

Искусственный интеллект, ассоциирующий себя с человеком, демонстрирует потенциал в ускорении научных открытий.
Ученые-социологи (сюрприз) из Чикагского университета, опубликовавшие свою работу в Nature Human Behavior, создали модели, способные предсказывать выводы и открытия, сделанные людьми. Они также разработали модели, которые генерируют перспективные "инопланетные" гипотезы, которые, вероятно, не будут рассматриваться в ближайшем будущем.
В исследовании было показано, что использование моделей искусственного интеллекта, обученных на основе научных результатов, может значительно улучшить прогнозы будущих открытий. Этот ИИ смог с точностью более 40% предсказать выводы и открытия ученых, исходя из их опыта и связей. Эти результаты подчеркивают значимость взаимодействия между искусственным интеллектом и человеческим опытом.
Исследователи задались вопросом, насколько искусственный интеллект мог бы дополнить коллективный человеческий потенциал, исследуя области, которые люди не рассматривали. В результате моделирования процессов рассуждения и случайных блужданий по научной литературе, команда достигла значительных успехов в предсказании и расширении научных открытий. Однако, чтобы добиться еще большего прогресса, ученые провели вторую демонстрацию, в которой модель ИИ искала предсказания, которые имели бы научную правдоподобность, но с наименьшей вероятностью быть обнаруженными людьми.
Эти так называемые "инопланетные" выводы имели ряд характеристик: они редко обнаруживались людьми, и если их и обнаруживали, то это происходило через много лет в будущем. Интересно, что "инопланетные" выводы в среднем оказывались лучше человеческих, вероятно, потому, что люди сосредотачиваются на раскрытии потенциала существующих теорий и подходов, прежде чем исследовать новые.
Эти модели искусственного интеллекта, избегая связей и конфигураций человеческой научной деятельности, открывают новые территории исследования. Вместо попытки создания копии человеческого потенциала, ученые призывают к радикальному увеличению коллективного интеллекта, чтобы эффективно решать научные проблемы. Эти исследования подчеркивают значимость сотрудничества между искусственным интеллектом и людьми в научных исследованиях. Использование моделей искусственного интеллекта, основанных на научных данных, может помочь ускорить научные открытия и расширить наше понимание мира.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-human-aware-ai-scientific-discoveries.html

Оптические линзы скоро могут уйти в прошлое

Новая технология, разработанная в Калифорнийском технологическом институте, предлагает захватывающие возможности создания наноразмерных оптических устройств с помощью 3D-печати.
Эти устройства, изготовленные из оптических метаматериалов, обладают уникальными свойствами, основанными на их нанометровой структуре, и могут значительно улучшить функциональность камер и датчиков в малых масштабах. Профессор Андрей Фараон и его команда в лаборатории прикладной физики и электротехники Уильяма Л. Валентайна провели исследования, которые привели к созданию трехмерных оптических устройств. Ранее Фараон уже работал с оптическими метаматериалами, но в этот раз его команда смогла перевести эти материалы в третье измерение.
В качестве демонстрации новой технологии, лаборатория Фараона разработала миниатюрные устройства, способные сортировать инфракрасный свет по длине волны и поляризации. Хотя подобные устройства уже существуют, устройства, созданные Фараоном, могут быть адаптированы для работы с видимым светом и имеют достаточно малые размеры, чтобы быть размещенными непосредственно над матрицей камеры. Таким образом, они могут направлять свет на отдельные пиксели, позволяя создавать изображения с использованием разных цветов. Эти устройства также могут быть использованы для работы с поляризованным светом, что открывает новые возможности в области дополненной и виртуальной реальности. Например, камера, оснащенная такими устройствами, сможет определять ориентацию поверхностей, что является важным свойством для создания более реалистичных визуальных эффектов.
Одной из интересных особенностей этих устройств является их внешний вид. В отличие от традиционных оптических устройств, которые обычно гладкие и отполированные, устройства, разработанные в лаборатории Фараона, выглядят хаотично и напоминают структуру термитника. Это происходит потому, что они разрабатываются с использованием эволюционного алгоритма, который постоянно корректирует их дизайн до достижения желаемых свойств. Что-то вроде искусственного отбора, который позволят вывести породу собаку, способную пасти овец.
Для создания физических устройств из компьютерных моделей исследователи использовали двухфотонную полимеризационную литографию, специальный вид 3D-печати. Этот метод позволяет избирательно отверждать жидкую смолу с помощью лазера, что обеспечивает высокую точность и позволяет создавать структуры размером меньше микрона.
Андрей Фараон уверен, что с дальнейшим исследованием и развитием технологии она может быть внедрена и поставлена в массовое производство. Это открытие открывает новые горизонты для развития оптических устройств и может привести к созданию более эффективных и функциональных камер, датчиков и других оптических систем в будущем.

Источник: https://phys.org/news/2023-07-evolving-3d-nanoscale-optical-devices.html

Возможно, открыт секрет высокопроизводительной компьютерной памяти... Это протоны!

Недавние исследования в области сегнетоэлектрических материалов позволяют нам взглянуть на новый подход к разработке высокопроизводительных устройств памяти.
Международная команда ученых из Саудовской Аравии и Китая обнаружила, что использование протонов может обеспечить множественные сегнетоэлектрические фазовые переходы, что открывает новые возможности для создания компьютерных чипов памяти с низким энергопотреблением и большой емкостью.
Сегнетоэлектрики, такие как селенид индия, являются материалами, имеющими внутреннюю поляризованность, которая, ожидаемо, меняется при воздействии электрического поля. Это делает их привлекательными для использования в технологиях памяти. Однако, до сих пор они имели ограниченную емкость памяти, так как существующие методы могли запускать только несколько сегнетоэлектрических фаз.
Учёные разработали новый метод, основанный на протонировании сегнетоэлектрических материалов, чтобы достичь множественных фазовых переходов. Они внедрили сегнетоэлектрический материал в транзистор, состоящий из многослойной гетероструктуры на основе кремния. Протоны, поступающие из пористого кремнезема, вводились или удалялись из сегнетоэлектрической пленки путем изменения приложенного напряжения. Этот подход позволил создать несколько сегнетоэлектрических фаз с различной степенью протонирования. Более высокие положительные напряжения усиливали протонирование, а отрицательные напряжения снижали его уровни. Уровни протонирования также варьировались в зависимости от близости слоя пленки к кремнезему.
Исследователи обнаружили, что протоны диффундировали из материала в кремнезем, что позволяло сегнетоэлектрическим фазам возвращаться в исходное состояние при отключении напряжения. Одной из главных проблем, с которой сталкивались исследователи, было снижение рабочего напряжения. Однако они поняли, что эффективность впрыска протонов через интерфейс может быть настроена, что позволяет работать с напряжением ниже 0,4 Вольта. Это ключевой фактор для разработки устройств памяти с низким энергопотреблением.
Команда ученых стремится разработать сегнетоэлектрические нейроморфные вычислительные чипы, которые потребляют меньше энергии и работают быстрее. Это открывает новые перспективы в области разработки компьютерных технологий, основанных на принципах работы мозга.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, подтверждает потенциал использования протонов для достижения множественных сегнетоэлектрических фазовых переходов и создания высокопроизводительных устройств памяти. Это важный шаг вперед в области разработки новых технологий, которые могут изменить нашу представление о компьютерных чипах и их возможностях.

Источник: https://phys.org/news/2023-07-protons-power-next-generation-memory-devices.html

Новая разработка искусственной кожи для роботов, пригодная для массового производства.

Исследователи из Мюнхенского института робототехники и машинного интеллекта (MIRMI) Мюнхенского технического университета (TUM) представили новую разработку - автоматический процесс изготовления мягких датчиков. Эти универсальные измерительные ячейки могут быть прикреплены к практически любому объекту и имеют широкий спектр применения в робототехнике и протезировании.
Понимание окружающей среды и взаимодействие с ней являются важными аспектами для робототехники. Форма объекта играет важную роль в выполнении определенных задач, а физические свойства, такие как твердость и гибкость, влияют на способность брать и манипулировать объектами. Идеальным решением в робототехнике и протезировании была бы реалистичная имитация сенсомоторных навыков человека.
В настоящее время датчики силы и крутящего момента широко используются в робототехнике для предоставления обратной связи о взаимодействии роботизированной системы с окружающей средой. Однако традиционные датчики имели ограниченные возможности настройки и не могли быть привязаны к произвольным объектам. Это привело к необходимости разработки новой технологии для производства датчиков, которые могут быть применены к жестким объектам произвольной формы и размера.
Исследователи из MIRMI разработали мягкий материал, похожий на кожу, который оборачивает объекты и является основой для датчиков. Они также разработали структуру, которая автоматизирует процесс производства этого материала. С помощью программного обеспечения они создают структуру сенсорных систем и отправляют эту информацию на 3D-принтер для изготовления мягких датчиков. Принцип работы заключается в впрыскивании токопроводящей черной пасты в жидкий силикон, который затвердевает, оставляя пасту внутри. При сжатии или растяжении датчиков изменяется их электрическое сопротивление, что позволяет определить силу воздействия на поверхность объекта.
Одной из ключевых особенностей этой разработки является то, что датчики, встроенные в кремний, адаптируются к поверхности, к которой они прикреплены, и предоставляют точные данные для взаимодействия с окружающей средой. Это открывает новые возможности для улучшения тактильного восприятия в искусственном интеллекте. Датчики обеспечивают ценные данные о сжимающих усилиях и деформациях в режиме реального времени, что позволяет получать мгновенную обратную связь и расширяет возможности взаимодействия с объектами и роботизированными системами.
Исполнительный директор MIRMI, профессор Сами Хаддадин, отмечает, что эта разработка может привести к революции в робототехнике, протезировании и взаимодействии человека и машины. Создание беспроводных и настраиваемых сенсорных технологий для произвольных объектов и машин станет возможным благодаря интеграции этих мягких датчиков в трехмерные объекты. Такое усовершенствованное тактильное восприятие открывает новые перспективы в области искусственного интеллекта и повышает сложность и чувствительность взаимодействия.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-skin-like-sensors.html

Графен и Графит - разница всё более размыта!

Десятилетиями ученые исследуют потенциал двумерных материалов и их возможности для преобразования нашего мира. Эти материалы имеют уникальные свойства, так как они состоят всего из одного атомного слоя. Из-за этого ограничения электроны, находящиеся внутри двумерных материалов, могут двигаться только в двух измерениях.
Такое необычное поведение электронов придает материалам "экзотические" свойства, такие как сверхпроводимость, причудливые формы магнетизма и другие коллективные эффекты. Эти свойства могут быть полезны во многих областях, включая вычисления, связь и энергетику. Однако до недавнего времени ученые полагали, что такие экзотические свойства существуют только в однослойных материалах или коротких стопках двумерных материалов.
Однако группа исследователей из Вашингтонского университета сообщила о своем открытии в статье, опубликованной в журнале Nature 19 июля. Они обнаружили, что обычный объемный материал графит, тот самый, который в карандашах, может обладать физическими свойствами, аналогичными двумерному материалу графену. Это было неожиданным открытием, и исследователи считают, что их подход можно использовать для проверки, могут ли и другие объемные материалы приобретать подобные двумерные свойства. Если это так, то двумерные материалы не будут единственным источником революционных технологий, а объемные трехмерные материалы также могут быть весьма полезными.
Для своего исследования команда ученых использовала подход, обычно применяемый для изучения и управления свойствами двумерных материалов - они скрутили двумерные слои под небольшим углом. Они поместили один слой графена поверх объемного кристалла графита и скрутили их на угол около 1 градуса. В результате исследования они обнаружили новые и неожиданные электрические свойства не только на скрученной поверхности, но и внутри объемного графита. Угол скручивания оказался ключевым фактором, определяющим эти свойства.
Исследователи также обнаружили, что при воздействии магнитного поля электроны внутри объемного графита приобретали необычные свойства, аналогичные свойствам электронов на скрученной границе раздела. Это означает, что скрученная граница графена и графита сливается с остальной частью объемного графита, создавая уникальные свойства.
Это открытие имеет большое значение, так как муаровые узоры, создаваемые скручиванием двумерных материалов, могут быть полезными для квантовых вычислений и других приложений. Использование подобных явлений в трехмерных материалах открывает новые возможности для изучения необычных и экзотических состояний материи и их внедрения в повседневную жизнь. Исследователи считают, что их подход к скручиванию двумерных и объемных материалов может быть применен и к другим материалам, таким как дителлурид вольфрама и пентателлурид циркония.

Источник: https://phys.org/news/2023-07-graphite.html

Внимание, друзья! Важное объявление!

У меня наконец появился Boosty!!!

Всё исключительно добровольно, однако буду рад и безмерно благодарен каждому новому Бустеру.

Взамен Вы получите пока стандарт ранний доступ ко всем материалам (там уже кое-что есть, что будет здесь в ближайшие дни), доступ к закрытому чату Бустеров, эксклюзивные материалы, которые будут публиковаться только на Бусти, бэкстейджи, отчёты, участие в создании материалов и много-много всего того, чего я ещё не придумал, но обязательно придумаю!

Всем заранее СПАСИБО!

https://boosty.to/ingenium

Учёные хотят наделить ИИ чувствами, чтобы он... не стал Скайнетом

В своей последней статье, опубликованной в журнале Science Robotics, группа ученых из различных университетов представила новый подход к сочувствию роботов. Вместо традиционных методов, которые могут оказаться неэффективными, они предлагают использовать возможность роботов испытывать эмоции, включая боль.
Текущие методы обучения искусственного интеллекта основываются на наблюдении за тем, как люди реагируют в морально спорных ситуациях, и кодировании соответствующих правил в программное обеспечение робота. Однако, согласно авторам статьи, такой подход не учитывает роль самосохранения в человеческом сочувствии. Имитация реакций человека на видео, например, не означает, что робот испытывает эмпатию или понимает, почему вредить кому-то плохо. Исследователи предлагают, чтобы роботы могли понять негативные последствия своих действий, им нужно дать возможность испытывать страдание.
Это может быть эффективным средством самодисциплины и помочь им осознать, что их поступки могут причинить вред другим. Например, роботы могут столкнуться с ситуацией, где они потеряют своего человеческого компаньона, если они совершат определенные действия. Это может помочь им понять, что вредить другим неправильно. Хотя внедрение эмоционального аспекта в роботов может вызвать определенные этические вопросы, исследователи утверждают, что это необходимо для создания эмпатичных и сочувствующих машин. Они не предлагают прямо запрограммировать роботов чувствовать физическую боль, но считают, что позволить им осознать негативные последствия своих действий поможет им развить сочувствие и эмпатию. Этот новый подход к сочувствию роботов может иметь широкие применения в различных областях, где роботы взаимодействуют с людьми. Это может помочь улучшить безопасность и этические аспекты использования искусственного интеллекта и робототехники в нашей современной обществе.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-ai-based-robots-empathy-wont.html

Передовые AMOLED - это не предел, однако путь тернист

Существует еще перовскитные светоизлучающие диоды (PeLED), которые представляют собой одну из самых перспективных технологий для будущих дисплеев и освещения. С 2014 года, когда был создан первый PeLED, способный излучать свет при комнатной температуре, характеристики этих устройств значительно улучшились. Эффективность PeLED с зеленым, красным и ближним инфракрасным излучением превысила 20%, а синие PeLED также достигли показателя в 17%.

PeLED обладают рядом преимуществ, таких как чистота цвета, низкая стоимость материалов и процесса производства. Однако перед PeLED стоят некоторые проблемы, связанные с их коммерческим использованием в дисплеях.

Однако на данный момент высокопроизводительные PeLED ещё не имеют перспектив массового производства, они работают только в небольших активных областях. Расширение активной области сталкивается с проблемой неравномерности активных слоев на большой площади. Большинство исследований также сосредоточено на прототипах устройств с одним пикселем излучения, что затрудняет коммерциализацию PeLED-дисплеев с высоким разрешением. Еще одной проблемой является то, что большинство высокопроизводительных PeLED изготавливаются на жестких подложках, что ограничивает их потенциальные сферы применения.

Тем не менее, перовскитные материалы обладают растворообразующими свойствами и гибкостью, что открывает возможности для создания гибких оптоэлектронных устройств на их основе. В новой статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, группа ученых из Китая обобщает репрезентативные попытки использования PeLED в коммерческих дисплеях и обсуждает основные проблемы и перспективы развития в этой области.

Они выделяют три основных технических препятствия перед коммерциализацией PeLED-дисплеев: подготовка PeLED большой площади, стратегии формирования рисунка PeLED и разработка гибких устройств PeLED. Для производства устройств с большой площадью и высокой производительностью необходимо разработать технологию нанесения перовскитной пленки на большие поверхности. Это может включать улучшение существующих методов и использование новых технологий осаждения, таких как методы осаждения из паровой фазы.

Также требуются микро- или наномассивы и методы их изготовления для разработки передовых интегрированных оптоэлектронных платформ. Создание точных и высокоинтегрированных пикселей является важным условием для включения перовскитных материалов в полноцветные дисплеи с высоким разрешением. Хотя были сделаны значительные усилия в разработке структурированных перовскитных пленок и их интеграции в различные оптические устройства, интеграция узорчатых перовскитных пленок в полноцветные электролюминесцентные устройства с высоким разрешением остается сложной задачей. Таким образом, разработка технологий для производства PeLED с большой площадью, высокой производительностью и интеграцией в полноцветные дисплеи с высоким разрешением является главной задачей для коммерциализации этой перспективной технологии.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-perovskite-light-emitting-diodes-commercial-full-color.html

Скоро у нас могут появиться литий-алюминиевые аккумуляторы!.. Или Алюминий-литиевые?

Алюминиевая фольга может стать ключевым материалом для нового поколения аккумуляторов с более высокой плотностью энергии и большей емкостью. Группа исследователей из Технологического института Джорджии разрабатывает аккумуляторную систему, которая может значительно увеличить время работы электромобилей без подзарядки и при этом быть более дешевой в производстве и экологически безопасной.

Идея использования алюминия в аккумуляторах не нова, однако в прошлом это не сработало из-за проблем с его стабильностью при циклах зарядки-разрядки. Тем не менее, исследователи нашли решение, добавив небольшое количество других материалов к алюминиевой фольге, чтобы создать определенную микроструктуру. Это позволило алюминию хранить больше лития, что приводит к более высокой плотности энергии и большей емкости аккумулятора.

Также недавно подоспели технологии твердотельных электролитов, которые лишены недостатка воспламеняемости и, соответственно, более безопасны в использовании. Они позволяют интегрировать новые активные материалы и повышают эффективность аккумуляторов.

Проект ведется совместно с Novelis, ведущим производителем и переработчиком алюминия. Команда исследователей уже протестировала более 100 различных материалов и продолжает исследования, чтобы создать очень дешевую фольгу для аккумуляторных систем. Они также работают над увеличением размера батарей, чтобы изучить влияние размера на поведение алюминия.

В итоге, разработка новой аккумуляторной системы на основе алюминиевой фольги может привести к революции в области энергосбережения и применения в автомобильной промышленности. Более долгое время работы электромобилей без подзарядки и более доступные аккумуляторы могут стать реальностью благодаря этим инновационным исследованиям.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-aluminum-materials-safer-cheaper-powerful.html

Всё, что летает, должно больше летать! Учёные вдохновляются стрекозами для проектирования крыла самолёта.

Крыло самолета является одной из наиболее важных и сложных частей конструкции самолета. Оно должно обеспечивать подъемную силу, а также быть достаточно прочным и жёстким, чтобы выдерживать различные нагрузки во время полета. Исследователи из Школы проектирования Вейцмана Пенсильванского университета решили перепроектировать крыло Боинга 777, используя принципы биомимикрии и черпая вдохновение из крыла стрекозы.

Стрекозы обладают уникальной геометрией поверхности и внутренней структурой жилок на своих крыльях. Исследователи использовали методологию обратных диаграмм Максвелла для анализа геометрической сети жилок крыла стрекозы. Они обнаружили, что толщина соединенных компонентов или элементов имеет важное значение для плоскостного равновесия этой сети. Это означает, что структура крыла стрекозы может быть растянутой или сжатой, и все равно будет эффективно функционировать.

Исследователи разделили геометрию крыла на внутреннюю сосудистую сеть и внешние края, чтобы изучить влияние других компонентов на внутренние структуры крыла стрекозы. Они использовали модель машинного обучения, основанную на диаграммах формы и силы крыла стрекозы, чтобы генерировать структурные сети, точно отражающие реальную геометрию крыла. Этот подход может привести к более эффективной конструкции крыльев самолетов, что приведет к экономии топлива и затрат, а также снижению воздействия авиации на окружающую среду.

Команда исследователей уже провела эксперименты, включив конструкции, вдохновленные стрекозами, в модель крыла самолёта Boeing 777 в масштабе 1:120. Результаты показали, что такая конструкция способствует увеличению жёсткости крыла на 25%, что может привести к созданию более легких и эффективных самолетов.

Они также планируют продолжить исследования, чтобы более глубоко изучить трехмерную структуру крыла стрекозы и усовершенствовать модель машинного обучения для более точного воссоздания искусственных сооружений. В целом, исследование показывает, как принципы биомимикрии могут быть применены в аэрокосмической индустрии для создания более эффективных и экологически чистых самолетов.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-dragonfly-wings-redesign-boeing-lighter.html

ИИ начал тупеть. Или может стареть.

В последнее время сообщество интернет-наблюдателей активно обсуждает потенциальные проблемы, связанные с последней версией языковой модели GPT-4, разработанной компанией OpenAI. В сети появились отчеты о снижении точности и мощности GPT-4, вызывая обеспокоенность среди пользователей и экспертов.

Недавнее исследование, проведенное совместно Стэнфордским университетом и Калифорнийским университетом в Беркли, подтверждает эти опасения. Исследование, названное "Как поведение ChatGPT меняется со временем?", сравнивало возможности GPT-4 и предыдущей версии GPT-3.5 в период с марта по июнь.

При тестировании на наборе данных из 500 задач исследователи обнаружили, что точность GPT-4 снизилась с 97,6% (488 правильных ответов) в марте до всего лишь... приготовьтесь... 2,4% в июне после обновлений языковой модели.

Это явное ухудшение производительности вызвало серьезные опасения. Другим важным тестом, проведенным исследователями, был эксперимент с использованием метода цепочки размышлений. Они задали вопрос GPT-4: "Является ли 17 077 простым числом?" Однако модель не только ошибочно ответила "нет", но также не предоставила объяснения своего вывода. В то же время GPT-3.5, доступный через предварительный просмотр ChatGPT, дал правильный ответ и подробное объяснение математического процесса.

Кроме того, страдает и генерация программного кода. Разработчики LeetCode отметили, что производительность GPT-4 на их наборе данных из 50 простых задач снизилась с 52% до 10% в период с марта по июнь. Это вызывает серьезные сомнения в эффективности и надежности GPT-4 в области программирования.

Однако стоит отметить, что OpenAI внедряет новые модели GPT-4 с использованием более экономичных и специализированных подходов, которые могут быть дешевле в эксплуатации. Это может быть причиной снижения качества ответов GPT-4, особенно в критических ситуациях, когда множество организаций полагается на технологию OpenAI для своей работы.

Несмотря на эти проблемы, стоит отметить, что ChatGPT, основанный на GPT-3.5, также имел свои ограничения, включая ограниченное знание событий после 2021 года. Однако информационная регрессия, которую мы наблюдаем сейчас, представляет собой новую проблему, которая требует внимания и обновлений.

OpenAI активно работает над обновлениями и решением этих проблем, поскольку они понимают важность предоставления надежных и точных решений для пользователей. В ближайшем будущем ожидается улучшение GPT-4 и предоставление более надежных ответов.

Источник: https://www.digitaltrends.com/computing/study-shows-a-downturn-in-openais-gpt-4-response-quality/

Работы по усовершенствованию литиевых аккумуляторов не прекращаются.

Ученые сделали важное открытие в области катодных материалов на основе никеля, которые используются в литий-ионных аккумуляторах. Их исследование, опубликованное в журнале Joule, раскрыло проблему структурной нестабильности и потери кислорода в этих материалах, что затрудняет их практическое применение. Хотя использование никеля может увеличить рабочее напряжение аккумулятора.

Ученые из Университетов Бирмингема, Кембриджа, Уорика и Института Фарадея совместно провели исследование, используя современные вычислительные технологии на суперкомпьютерах Великобритании. Они построили сложную имитационную модель молекулярных взаимодействий при работе аккумулятора и сосредоточились на поведении катодов LiNiO2 в процессе зарядки и обнаружили интересные результаты.

Оказалось, что во время зарядки материала происходят изменения в заряде кислорода, в то время как заряд никеля остается почти неизменным. Это необычное явление, предыдущие модели не предусматривали ничего подобного. Новая модель показала, что кислород не очень стабилен и может покидать катод, что приводит к деградации материала. На основе результатов моделирования исследователи предложили механизм потери кислорода, согласно которому образуется перекисный ион, который затем превращается в газообразный кислород, оставляя вакансии в материале. Этот процесс высвобождает энергию и образует синглетный кислород, высокореактивную форму кислорода.

Решение проблемы было обнаружено сразу. Путем добавления легирующих добавок, которые снижают окислительно-восстановительный процесс кислорода и стимулируют окисление переходных металлов, особенно на поверхности, можно не допустить потери энергии на высвобождение кислорода и улучшить стабильность и долговечность аккумуляторов. Ну и безопасность. Газообразный кислород и литий смесь опасная. Возможно именно по этой причине некоторые аккумуляторы спонтанно воспламенялись.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-cathode-oxidation-overturns-current-batteries.html

Достигнута рекордная емкость суперконденсатора.

И более того, ими хотят заменить аккумуляторы в электромобилях!
Конденсаторы и аккумуляторы - принципиально разные устройства, хотя оба служат для накопления электрической энергии. Аккумуляторы накапливают энергию за счёт обратимых химических реакций: во время заряда происходят одни реакции, во время разряда - обратные. А конденсаторы - просто за счёт накопления электрического разряда. Из-за этого конденсаторы могут накопить гораздо меньше энергии и высвобождается она моментально, если не включить в сеть дополнительную нагрузку. Но и заряжаются почти также быстро!

Вот именно скорость заряда не даёт покоя. Сейчас появились суперконденсаторы, которые могут хранить очень много энергии, и всё для того, чтобы убрать химические аккумуляторы у устройствах и транспорте и заменить их суперконденсаторами, которые можно зарядить очень быстро.

В новом исследовании, проведенном Луисом Эчегойеном и Мартой Плонской-Бжезинской, был достигнут рекордный уровень накопления энергии в суперконденсаторе. Исследователи использовали материал с уникальной структурой сердцевины в виде углеродной "нано-луковицы". Эта структура создает множество пор, которые позволяют суперконденсатору накапливать больший объем энергии. Таким образом, была достигнута самая высокая емкость, когда-либо зарегистрированная.

Суперконденсаторы с высокой емкостью могут быть использованы в различных областях, таких как электромобили, солнечные батареи и хранение энергии. Благодаря увеличению емкости суперконденсаторов, мы можем ожидать значительного прогресса в развитии более эффективных источников энергии.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-milestone-energy-capacity-supercapacitors.html

Возможно, металл способен заживлять свои трещины, но на наноуровне.

Новое открытие, сделанное учеными из Техасского университета A&M, может иметь огромное значение для будущего инженерии и материаловедения. Исследователи обнаружили, что кусок металла, помещенный в вакуум и подвергнутый повторяющемуся действию нагрузки, способен самовосстанавливаться путем исчезновения образующихся трещин.

Учёные взяли кусочек платины толщиной 40 нанометров, поместили его в вакууме под электронным микроскопом и начали дёргать его с частотой 200 раз в секунду.

Так вот, они утверждают, что впервые стали свидетелями того, как в куске металла сначала ожидаемо образуются трещины под нагрузкой, а потом сами по себе исчезают. Это само по себе является захватывающим новым явлением, но также может быть "предвестником инженерной революции".

В чём суть этой потенциальной революции? При многократном некритичном воздействии на металл, то есть которое не приводит к его разрушению, в металле всё же образуются трещины, которые со временем накапливаются в таком количестве, что какая-то из этих трещин может послужить очагом одной большой трещины, которая приведёт к полному разрушению. То есть многократная неразрушающая нагрузка может со временем привести к заметному снижению прочности материала. Это называется усталостью металла, и в обычных условиях эти трещины никуда не исчезают. Это существенная проблема в материаловедении, так как сильно ограничивает применение высокопрочных сплавов, которые, как правило, более подвержены усталости.

Но новое открытие показывает, что у металлов может быть секретный способ самовосстановления, сводящий на нет эти микроскопические трещинки.

Тем не менее, на данный момент остается много неизвестного, и ученые еще не знают, можно ли обобщить и масштабировать эти результаты. Ученые предполагают, что процесс холодной вакуумной сварки поверхностей внутри трещины может быть связан с этим явлением самовосстановления. Однако, поиск способов использования этой способности металлов может оказаться чрезвычайно сложным.

В целом, данное открытие открывает новые перспективы в области материаловедения и инженерии, и его возможное применение может привести к разработке более прочных и долговечных материалов, что будет иметь значительное влияние на различные отрасли промышленности.

Источник: https://newsreleases.sandia.gov/healing_metals/

В Италии для железнодорожников сделали лёгкий и производительный экзоскелет

Экзоскелет StreamEXO, разработанный Итальянским технологическим институтом (IIT), является инновационным решением для поддержки спины железнодорожников и облегчения тяжелой ручной работы во время технического обслуживания и обновления.

Этот прототип прошел успешные испытания, проведенные в Италии, где он был использован в течение 100 часов 15-ю людьми в течение 6-месячной тестовой кампании. Результаты показали снижение эргономического риска физической перегрузки на 50% и уменьшение мышечной усталости на 30%. StreamEXO представлен широкой публике во время живой демонстрации в порту Таррагона, Испания, где рабочие, носящие экзоскелеты, продемонстрировали его эффективность.

Теперь экзоскелет готов пройти процесс индустриализации и стать доступным для использования. Проект STREAM, координируемый Кристианом Ди Натали, исследователем IIT, является первой стратегической транснациональной инициативой в железнодорожной отрасли, направленной на продвижение исследований и инноваций для сделать этот сектор более конкурентоспособным, эффективным и устойчивым. В рамках проекта STREAM был разработан не только экзоскелет StreamEXO, но и полностью автоматизированный экскаватор для выполнения задач на железнодорожных участках.

StreamEXO генерирует усилия, которые распределяются на плечи и ноги, чтобы поддерживать спину работника во время погрузочно-разгрузочных работ и переноски тяжелых грузов. Эргономика устройства была тщательно проработана, чтобы обеспечить комфорт и свободу движений работника при выполнении различных задач. Вес экзоскелета составляет всего 7 кг, а его аккумулятор обеспечивает до 6 часов автономной работы.

Экзоскелет состоит из механической конструкции, электрических приводов и электронной системы, дополненной специальными алгоритмами, которые помогают работникам снизить риск получения травм. Благодаря алгоритмам управления, экзоскелет может интерпретировать движения человека и автоматически предоставлять поддержку в зависимости от интенсивности работы. Рабочие могут использовать экзоскелет в различных ситуациях, включая вождение транспортных средств или передвижение по неровной местности.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-exoskeleton-workers-railways-maintenance-renewal.html

Эвольвентные зубчатые колёса? Есть кое-что получше!

Зубчатое колесо - очень древнее изобретение для передачи вращения между параллельными осями, однако современные зубчатые колёса намного совершеннее первых образцов. Их зубья имеют профиль. ограниченный кривой под названием эвольвента. Это обеспечивает непрерывное зацепление, чтобы избежать ударов и повысить точность передачи вращения и ресурс соединения. Однако от трения это решение не спасает, и зубья со временем всё же изнашиваются, появляются недопустимые зазоры, зубья бьются друг о друга со всеми вытекающими.

Но, прогресс не стоит на месте. При помощи 3D-печати сделали... это нельзя назвать зубчатыми колёсами, конечно, но этот механизм может передавать вращение без трения. Посмотрите только как это выглядит!

Это может показаться причудливым произведением искусства, но это реально бесфрикционный зубчатый механизм. Другой особенностью этого механизма является то, что это пример «податливого механизма», который передает усилие через изгиб в пределах упругой деформации. Он состоит из 24 сгибаемых лезвий, из которых 16 взаимосвязаны, обеспечивая невероятную точность и контроль вращательного движения. Главное преимущество этого механизма заключается в его способности снизить усилие поворота в 10 раз, что позволяет точно контролировать вращательное движение.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-3d-printed-bend-based-frictionless-gear-mechanism.html

Новый сферический ультразвуковой двигатель. Что ещё за зверь?

Ну вы привыкли же к электродвигателям? Теперь привыкните к тому факту, что точнее называть эти двигатели электромагнитными. А есть ещё ультразвуковые электрические двигатели, или, если точнее, пьезоэлектрические двигатели.

Ну да, сначала надо немного матчасти. Пьезоэлектрики - это материалы, которые напрямую могут преобразовывать электричество в механическое движение, и наоборот. Ну и странно было, если бы этот эффект не использовали. Пьезоэлектрические моторчики появились быстро. Они преобразовывают переменный ток во вращательное (чаще) или поступательное (реже) движение. Они имеют ряд преимуществ, например заметно больший крутящий момент, больший КПД по сравнению с электромагнитными. Они легче и некоторой степени надёжнее (бесколлекторные асинхронные электромагнитные движки надёжнее, там ничего не изнашивается почти). Из них хорошо делать чувствительные сервоприводы, однако большие пьезоэлектрические моторы пока не научились, иначе они бы уже давно стояли в электромобилях и даже самолётах.

Однако может это и не надо, может у них другая ниша. И вот, давеча сделали сферический пьезоэлектрический двигатель. То есть это двигатель, который может вращаться относительно сразу двух, а может и даже трёх осей. Говоря по-научному, у него более одной степени свободы.

Инновационное устройство разработали в Иране, на Факультете машиностроения Университета Тарбиат Модарес в Тегеране. Его конструкция также проста. как и у других подобный двигателей, но, так сказать, добавлено ещё одно измерение. Его ротор имеет сферическую форму, а статоры изготовлены из спиральной проволоки и спозиционированы таким образом, чтобы создавать крутящий момент в нужном направлении. Сам моторчик создавался не сколько в материале, сколько концептуально, когда дело дошло до экспериментов, установка не выглядела как готовый к массовому потреблению образец. А само исследование посвящалось больше созданию адекватный расчётных моделей для последующего проектирования таких машинок, а также их последующей оптимизации.

Однако само по себе устройство может быть полезным. На данной стадии двигатели с несколькими степенями свободы просто незаменимы в робототехнике, когда вместо нескольких устройств для перемещения механических конечностей в разные стороны достаточно одного. И здесь идеально подходят пьезоэлектрические моторчики. которые не только обладают большой эффективностью и крутящим моментом, но и компактностью, надёжностью, низким энергопотреблением и низким уровнем шума, а самое главное - точным позиционированием, вплоть до нанометров! То что надо для наших будущих (ну и нынешних) механических друзей.

Источник: https://www.nature.com/articles/s41598-023-39111-8