Инновационный сенсор прикосновения для робототехники и бионических приложений

Исследователи из Университета Циндао в Китае разработали уникальный сенсор прикосновения для робототехники и бионического применения, использующий передовые методы 3D-печати. Этот сенсор отличается высокой чувствительностью и может обнаруживать объекты без непосредственного контакта на расстоянии до 100 миллиметров.

Традиционные сенсоры в роботах и бионических устройствах обычно полагаются на физическую деформацию контактного слоя при прикосновении, что приводит к изменению электрической емкости. Однако такие системы ограничены в своей универсальности, так как их реакция на разные типы поверхностей недостаточно дифференцирована.

Новый сенсор отличается от традиционных тем, что он может воспринимать изменения в электрическом поле между объектом и сенсором, даже без физического контакта. Это значительно повышает его чувствительность и расширяет возможности устройств, использующих сенсоры прикосновения.

Сенсор изготавливается из композитного материала, полученного путем добавления небольшого количества графитового нитрида в полидиметилсилоксан. Полученную смесь можно обрабатывать с помощью специального 3D-принтера, что позволяет создавать решетчатую структуру сенсора с точным управлением ее формой и рисунком.

Исследователи протестировали возможности сенсора, поместив его на расстоянии от 5 до 100 мм от поверхности различных объектов. Сенсор успешно обнаруживал и различал объекты благодаря своей высокой чувствительности к изменениям электрического поля.

Инновационный сенсор прикосновения имеет большой потенциал для применения в различных областях, включая робототехнику, бионическое протезирование и создание электронных скинов для устройств, имитирующих человеческий сенсорный опыт. Его повышенная чувствительность и возможность бесконтактного обнаружения объектов открывают новые возможности для разработки более точных и универсальных устройств.

Источник:
Бинсян Ли и др., Полностью напечатанные бесконтактные сенсорные датчики на основе композитов GCN/PDMS: обеспечение обнаружения сверху, 3D-распознавание и беспроводная передача (Bingxiang Li et al, Fully printed non-contact touch sensors based on GCN/PDMS composites: enabling over-the-bottom detection, 3D recognition, and wireless transmission), Science and Technology of Advanced Materials (2024). DOI: 10.1080/14686996.2024.2311635

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

6-7 апреля (сб.-вс.) 2024
Москва, Университет МИСИС
Научно-просветительский форум «Ученые против мифов. От примата до Гиппократа»

Каменный топор, ожерелье из зубов медведя, отвар целебных трав, приготовленный шаманом: атрибуты древнего человека. Наши предки давно отказались от каменных топоров, но лечебные практики далекого прошлого не желают уходить из нашей жизни.

Этот форум для тех, кто не верит шаманам XXI века и не боится расстаться с дремучими мифами. Хотите знать свои корни, но не желаете застрять в прошлом?
Пройдите с нами тернистым путём: от примата до Гиппократа

🩺 6 апреля: день Гиппократа
🐵 7 апреля: день примата

Вас поведут:
🎓 антрополог Станислав Дробышевский
🎓 врач и медицинский просветитель Алексей Водовозов
🎓 диетолог Александр Бурлаков
🎓 лингвист Светлана Бурлак
🎓 аллерголог Ольга Жоголева
🎓 кардиолог Алексей Утин
🎓 археолог Василий Новиков
🎓 эндокринолог Александр Циберкин
🎓 онколог Антонина Урлова
🎓 историк Владимир Волков
🎓 офтальмолог Анастасия Укина
🎓 молекулярный биолог Магомед Хайдаков
🎓 хирург-онколог Сергей Поликарпов
🎓 археолог Александр Очередной
🎓 невролог Анна Баженова
🎓 этнограф Андрей Туторский
🎓 невролог Марина Аникина
🎓 антрополог Татьяна Шведчикова
🎓 гастроэнтеролог Алексей Парамонов
🎓 научный журналист Александр Соколов
и др.

Подробнее »»»

Темы выступлений:
День Гиппократа:
- От сахарной зависимости до диет “по группе крови”: 5 популярных мифов о питании
- Почему пусто в “аптеке под ногами” и стоит ли травиться травами?
- Дышать над картошкой или парить ноги в тазу? Что не так с рецептами «бабушкиной медицины»?
- Мифы о физиотерапии: луч света в ванне с грязью
- Поможет ли черника ослепшему от гаджетов? Исповедь офтальмолога
- Кроссворды против Альцгеймера: мифы о неизлечимой «болезни стариков»
- Что мешает нам жить вечно… ну или хотя бы пережить соседей? Проблемы науки о продлении жизни
День примата:
- Откуда взялись расы и с кем скрещивались “чистые сапиенсы”?
- Мифы о генетике славян: арийская гаплогруппа с монгольской примесью
- “Под мышкой каменный топор, а в руке копье”. Разоблачение небылиц о каменном веке
- Сначала было слово, и слово было “мууу”: мифы о том, как возникла речь
- Реальные папуасы: благородные дикари или свирепые каннибалы?
- “Глухарь”, которому 10 000 лет: как расследуют древние убийства?
- Большой взрыв внутри НЛО: топовые мифы по итогам 13 форумов “УПМ”
и др.

А также:
- Состязание “Ученые против фильмов”
- Ответы на вопросы зрителей в формате “Блиц”. Кто из докладчиков ответит на максимум вопросов за 3 минуты?
- Мастер-классы от медиков, антропологов, реконструкторов
- Выставка “Потрогай науку”: уникальные экспонаты, в том числе - черепа предков человека
- Выборы самого вредного оппонента. Кому достанется специальный “вредный приз”?
- Видео-вопросы зрителей, экспертов и независимого исследователя Захарии Деникина
- Призы за лучшие вопросы — научно-популярные книги и сувениры от ГенРу
- Ведущий форума: Александр Соколов

6 и 7 апреля (сб.-вс.) 2024
Москва, Университет МИСИС

Подробная программа и билеты »»»
Официальный мерч »»»

Трансляцию проведет Студия Петра Стерликова при поддержке Лаборатории Научных Видео

=======================
Антропогенез.ру - научно-просветительские проекты в области антропологии, палеонтологии, древнейшей истории и др.
Реклама ИНН: 780703583109, erid:2Vtzque5yna

Уникальная съемка сверхбыстрых процессов в электронных схемах через электронный микроскоп

Исследователи из Констанцского университета достигли успеха в съемке процессов, происходящих в чрезвычайно быстрых электронных схемах, в электронном микроскопе на ширине полосы десятков терагерц. Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications.

Растущий спрос на все более быструю обработку информации ознаменовал начало новой эры исследований, сосредоточенных на высокоскоростной электронике, работающей на частотах, приближающихся к терагерцовому и петагерцовому режимам. В то время как существующие электронные устройства в основном функционируют в гигагерцовом диапазоне, передовые электронные устройства стремятся к миллиметровым волнам, а первые прототипы высокоскоростных транзисторов, гибридных фотонных платформ и терагерцовых метаустройств начинают соединять электронную и оптическую сферы.

Однако характеристика и диагностика таких устройств представляют собой серьезную проблему из-за ограничений имеющихся диагностических инструментов, особенно с точки зрения скорости и пространственного разрешения. Как измерить прорывное устройство, если оно самое быстрое и самое маленькое в своем роде?

В ответ на этот вызов группа исследователей из Констанцского университета теперь предлагает инновационное решение: они создают фемтосекундные электронные импульсы в просвечивающем электронном микроскопе, сжимают их с помощью инфракрасного лазерного света до всего лишь 80 фемтосекунд длительности и синхронизируют их с внутренними полями электронной линии передачи, запускаемой лазером, с помощью фотопроводящего переключателя. Затем, используя метод накачки-зондирования, исследователи напрямую детектируют локальные электромагнитные поля в своих электронных устройствах в зависимости от пространства и времени.

Этот новый тип зонда сверхбыстрого электронного пучка обеспечивает фемтосекундное, нанометровое и милливольтное разрешение в нормальных рабочих условиях, то есть не влияя на работу устройства in situ. Необходимо лишь сделать материал подложки достаточно тонким, чтобы он стал прозрачным для электронного пучка.

Источник:
Максимилиан Маттес и др., Фемтосекундный электронно-лучевой зонд сверхбыстрой электроники (Maximilian Mattes et al, Femtosecond electron beam probe of ultrafast electronics), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45744-8

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Программируемый световой процессор

Ученые создали первый в мире перепрограммируемый световой процессор. По словам исследователей, это изобретение может открыть новую эру квантовых вычислений и связи.

Профессор Альберто Перуццо из Университета RMIT в Австралии, руководитель исследовательской группы, заявил, что созданное устройство на основе фотоники, использующее световые частицы для передачи информации, может минимизировать потери света и сделать квантовые вычисления успешными.

«Наша разработка повышает эффективность квантового фотонного процессора с точки зрения потерь света, что имеет решающее значение для поддержания вычислений», — сказал Перуццо, возглавляющий Центр передового опыта ARC по квантовым вычислениям и технологии связи (CQC2T) при Университете RMIT.

В ходе экспериментов команда перепрограммировала фотонный процессор, добившись производительности, эквивалентной 2500 устройствам, которые программируются обычным путём - путем изменения напряжения. Результаты исследования и анализ опубликованы в Nature Communications.

«Это инновационное решение может привести к созданию более компактной и масштабируемой платформы для квантовых фотонных процессоров», — сказал Перуццо.

Ян Ян, ведущий автор и аспирант Университета RMIT, отметил, что устройство полностью контролируемо, обеспечивает быстрое перепрограммирование с меньшим энергопотреблением и устраняет необходимость в создании множества специализированных устройств.

«Мы экспериментально продемонстрировали разную физическую динамику на одном устройстве», — сказал он.

Источник:
Ян Ян и др., Программируемый многомерный гамильтониан в массиве фотонных волноводов (Yang Yang et al, Programmable high-dimensional Hamiltonian in a photonic waveguide array), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-023-44185-z

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Инновационный микроволновый фотонный чип

Исследовательская группа во главе с профессором Ван Чен из Департамента электротехники Городского университета Гонконга (CityUHK) разработала ультрасовременный микроволновый фотонный чип, способный выполнять сверхбыструю электронную обработку аналоговых сигналов и вычисления с использованием оптики. Микросхема, которая в 1000 раз быстрее и потребляет меньше энергии, чем традиционный электронный процессор, имеет широкий спектр применений, включая системы беспроводной связи 5/6G, высокоточные радиолокационные системы, искусственный интеллект, компьютерное зрение и обработку изображений/видео. Результаты исследования команды были опубликованы в журнале Nature в статье под названием «Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine». Это совместное исследование с Китайским университетом Гонконга (CUHK).

Быстрое расширение беспроводных сетей, Интернета вещей и облачных сервисов предъявляет значительные требования к базовым радиочастотным системам. Технология микроволновой фотоники (MWP), использующая оптические компоненты для генерации, передачи и обработки микроволновых сигналов, предлагает эффективные решения этих проблем. Однако интегрированным системам MWP было трудно одновременно достичь сверхвысокоскоростной обработки аналоговых сигналов с интеграцией на уровне чипа, высокой верностью и низким энергопотреблением.

«Чтобы решить эти проблемы, наша команда разработала систему MWP, которая объединяет сверхбыстрое электрооптическое (EO) преобразование с малопотерной многофункциональной обработкой сигналов на одном интегрированном чипе, что ранее не удавалось», — пояснил профессор Ван. Такая производительность обеспечивается интегрированным движком обработки MWP на основе тонкопленочной платформы из ниобата лития (LN), способной выполнять многоцелевые задачи обработки и вычисления аналоговых сигналов.

«Чип может выполнять высокоскоростные аналоговые вычисления с ультраширокими полосами обработки до 67 ГГц и исключительной точностью вычислений», — сказал Фэн Ханке, аспирант кафедры электротехники и первый автор статьи.

Команда также продемонстрировала, что микросхема способна реализовать сложные алгоритмы сигнальной обработки, такие как быстрое преобразование Фурье (БПФ) и свертка сверточных нейронных сетей (CNN). Высокоскоростная и энергоэффективная обработка БПФ имеет решающее значение для систем беспроводной связи, поскольку она ускоряет модуляцию и демодуляцию сигналов связи. Свертки CNN играют жизненно важную роль в системах искусственного интеллекта и компьютерного зрения, обеспечивая возможности быстрого распознавания образов и анализа данных.

Источник:
Ченг Ван, Интегрированный микроволновый фотонный процессор на основе ниобата лития (Cheng Wang, Integrated lithium niobate microwave photonic processing engine), Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07078-9

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Титановый сплав для 3D-печати, устойчивый к усталости

Команда исследователей во главе с профессорами Чжан Чжефэном и Чжан Чжэньцзюнем из Института металлургических исследований Китайской академии наук предложила новаторскую стратегию создания антиусталостного титанового сплава с помощью 3D-печати, отдельно регулируя его микроструктуру и дефекты. Данный подход называется поэтапным аддитивным изготовлением (NAMP). Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Аддитивное производство (AM), также известное как трехмерная (3D) печать, является революционной технологией в производственной сфере. Однако низкая усталостная прочность материалов, напечатанных на 3D-принтере, по сравнению с изделиями традиционного производства, серьезно ограничивает применение таких материалов в качестве структурных компонентов в важных областях, таких как освоение космоса и авиация.

В этом исследовании, основываясь на своих предыдущих теориях прогнозирования усталости, исследователи выдвинули новаторскую концепцию: микроструктуры, созданные с помощью 3D-печати (т. е. микроструктуры Net-AM), обладают естественно высокой усталостной прочностью. Однако итоговая низкая усталостная прочность может быть обусловлена негативным влиянием микропустот, возникающих в результате существующего процесса печати.

Чтобы проверить эту концепцию, они изобрели процесс поэтапного аддитивного производства (NAMP), включающий горячее изостатическое прессование (HIP) для устранения микропустот и последующую высокотемпературную обработку за короткое время (HTSt) для восстановления микроструктуры AM с тонкими мартенситными пластинами. Применение NAMP позволило успешно восстановить в титановом сплаве микроструктуру Net-AM с практически нулевой пористостью.

Примечательно, что микроструктура Net-AM обладает исключительно высокой усталостной прочностью, которая превосходит прочность всех других титановых сплавов, изготовленных с помощью аддитивных технологий и даже ковки. Микроструктура Net-AM также демонстрирует наивысшую удельную усталостную прочность (усталостная прочность/плотность) среди всех материалов, зарегистрированных в мире. Усталостные трещины в микроструктурах, изготовленных с использованием метода NAMP, обычно возникают на чистых первичных границах зерен β и мелких мартенситных пластинах.

Источник:
Роберт Ричи, Высокая усталостная прочность титанового сплава благодаря 3D-печати практически без пустот (Robert Ritchie, High fatigue resistance in a titanium alloy via near-void-free 3D printing), Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07048-1

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Биоинспирированные материалы

Биоинспирированные материалы (BIM) - это синтетические материалы, структура и свойства которых схожи с природными материалами или живой материей. Эти материалы обладают потенциалом для совершенствования конструкционных материалов, текстиля и защитного снаряжения благодаря своей долговечности и способности к самовосстановлению.

Доктор Ванесса Рестрепо, доцент кафедры машиностроения имени Дж. Майка Уокера, и ее команда в Лаборатории биоинспирированных материалов (BIM) стремятся создавать биоинспирированные материалы с улучшенными свойствами, сосредоточившись на природе белков для разработки композитов с жертвенными связями (связи, разрушающиеся до разрушения основной структурной связи) с использованием нелинейных адгезивных материалов.

Это исследование может оказать значительное влияние на электропроводную инфраструктуру в неблагоприятных погодных условиях. Используя эти материалы, кабели могут растягиваться и удлиняться, чтобы выдерживать дополнительный вес накопления льда или внезапного падения деревьев, вызванного сильным ветром. Такая гибкость может предотвратить обрыв кабелей, что означает меньше перебоев в подаче электроэнергии.

«Наша приверженность остается неизменной: продвигать биоинспирированные материалы и их применение в различных отраслях», — сказала Рестрепо. «Мы полны энтузиазма по поводу потенциального воздействия этих материалов и их вклада в более устойчивую и долговечную разработку продуктов».

По словам Рестрепо, нелинейные адгезивы относятся к поведению сила-смещение, которое отклоняется от билинейного пути, в отличие от обычных адгезивов. В отличие от традиционных адгезивов, зависимость сила-смещение для нелинейных адгезивов не следует прямому двухэтапному образцу. Вместо этого он демонстрирует более сложное и изменчивое поведение при приложении внешних сил.

В своем исследовании Рестрепо использует кросс-масштабную стратегию, объединяя нелинейные адгезивные материалы и магниты с противоположной ориентацией для формирования композитов с жертвенными связями, подобных тем, что встречаются в белках, таких как интерфейс перламутра. Эта гениальная конструкция позволяет материалам выдерживать значительные нагрузки и восстанавливать свою структурную целостность после повреждения.

Исследования в области биоинспирированных материалов находятся на передовой инноваций в области материаловедения. Их исключительные свойства имеют потенциал произвести революцию в различных отраслях, включая строительство, автомобилестроение и медицину. Поскольку исследования в этой области продолжаются, мы можем ожидать захватывающих прорывов, которые приведут к разработке еще более прочных, долговечных и устойчивых материалов.

Источник:
Ванесса Рестрепо и др., Межмасштабное проектирование энергорассеивающих композитов с использованием самовосстанавливающихся интерфейсов на основе жертвенных связей (Vanessa Restrepo et al, Cross-scale design of energy dissipative composites using self-repairing interfaces based on sacrificial bonds), Materials & Design (2023). DOI: 10.1038/s41586-024-07048-1

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Использование пористого углерода с наночастицами азота в калиево-ионных гибридных конденсаторах

Развитие эффективных и экономичных технологий хранения энергии имеет решающее значение для удовлетворения растущих энергетических потребностей. Литий-ионные батареи (LIB) доминируют на рынке, но их высокая стоимость, ограниченные запасы лития и относительно низкая плотность мощности требуют разработки альтернативных решений. Калиево-ионные гибридные конденсаторы (PIHC) привлекают внимание как перспективная альтернатива LIB благодаря своей доступности, низкой стоимости и высокой плотности мощности/энергии.

Двухуглеродные PIHC (DC-PIHC) используют емкостной углеродный катод и углеродный анод аккумуляторного типа. Однако медленная кинетика реакции и значительное объемное расширение в углеродных анодах ограничивают их производительность и срок службы.

Исследователи из Китайского университета науки и технологий (USTC) разработали новый тип пористого углерода, легированного азотом по краям, для использования в качестве анода в DC-PIHC. Эта структура обладает несколькими преимуществами: пористость обеспечивает высокую площадь поверхности для хранения заряда и облегчает диффузию ионов калия; наночастицы азота на кромках повышают электрохимическую активность и стабильность материала, пиррольный и пиридиновый азот выступают в качестве активных центров, способствуя реакции вставки/удаления ионов калия; уменьшенное объемное расширение и структурная стабильность благодаря легированию азотом обеспечивают длительный срок службы анода.

Анод из пористого углерода с азотом по краям продемонстрировал превосходную производительность в DC-PIHC: емкость до 126 мАч/г, что значительно выше, чем у традиционных углеродных анодов; более 1000 циклов с сохранением 80% исходной емкости; показатели плотности мощности достигают 105 Вт/кг.

Пористый углерод, легированный азотом по краям, является перспективным материалом для анодов в DC-PIHC. Его улучшенная электрохимическая производительность и длительный срок службы открывают новые возможности для разработки высокопроизводительных и экономичных устройств хранения энергии.

Источник:
Чжэнь Пан и др., Пористый углеродный анод с высокой концентрацией легированного азотом по краю с использованием безшаблевой стратегии для высокопроизводительных калий-ионных гибридных конденсаторов (Zhen Pan et al, A High-Concentration Edge-Nitrogen-Doped Porous Carbon Anode via Template Free Strategy for High-Performance Potassium-Ion Hybrid Capacitors), Energy Material Advances (2024). DOI: 10.34133/energymatadv.0080

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Подавление шума спасательных БПЛА для поисково-спасательных работ.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) в последние годы получили значительное внимание во многих отраслях, таких как военная, сельскохозяйственная, строительная и управление чрезвычайными ситуациями. Эти универсальные машины предлагают удаленный доступ к труднодоступным или опасным зонам и отличные возможности для наблюдения.

Особенно они могут быть чрезвычайно полезны при поиске жертв в разрушенных домах и завалах после природных катастроф, таких как землетрясения. Это может привести к раннему обнаружению пострадавших и оперативному реагированию.

Однако полагаться только на визуальную информацию может быть недостаточно, особенно когда пострадавшие находятся под завалами или в зонах, которые попадают в слепые зоны камер. Учитывая этот недостаток, некоторые исследования сосредоточены на использовании звука для обнаружения заблокированных людей.

Однако, поскольку БПЛА используют быстро вращающиеся винты для полета, которые установлены на самом дроне, их шум может заглушить звуки людей в дальней зоне, что представляет существенную проблему. Поэтому необходимо устранить шум от винтов и выделить звуки заблокированных пострадавших для эффективного обнаружения. Некоторые исследования пытались решить эту проблему, используя несколько микрофонов для выделения источника звука пострадавших от винтов, а также распознавание речи, однако обработанный звук может затруднить точное распознавание звуков пострадавших оператором. Более того, такое программное обеспечение использует предопределенные слова для выделения звуков человека, в то время как звуки, издаваемые пострадавшими, могут варьироваться в зависимости от ситуации.

Чтобы решить эти проблемы, профессор Чинтака Премачандра и г-н Юго Кинасада из отдела электронной инженерии Шибаурского института технологии в Японии разработали новую систему шумоподавления на основе искусственного интеллекта (ИИ).

Профессор Премачандра объясняет: «Подавление шума пропеллера БПЛА из звуковой смеси при одновременном повышении слышимости человеческих голосов представляет собой огромную исследовательскую проблему. Переменная интенсивность шума БПЛА, непредсказуемо колеблющаяся в зависимости от различных движений полета, усложняет разработку фильтра обработки сигналов. способен эффективно удалять из смеси звук БПЛА».

В основе этой новой системы лежит усовершенствованная модель искусственного интеллекта, известная как генеративно-состязательные сети (GAN), которая может точно изучать различные типы данных. Он использовался для изучения различных типов звуковых данных пропеллеров БПЛА . Эта изученная модель затем используется для генерации звука, похожего на звук пропеллеров БПЛА, называемого звуком псевдо-БПЛА.

Этот псевдо-звук БПЛА затем вычитается из реального звука, улавливаемого бортовыми микрофонами БПЛА, что позволяет оператору четко слышать и, следовательно, распознавать человеческие звуки. Этот метод имеет ряд преимуществ перед традиционными системами шумоподавления, в том числе способность эффективно подавлять шум БПЛА в узком диапазоне частот с хорошей точностью.

Источник:
Чинтака Премачандра и др., Подавление звукового шума на основе GAN для обнаружения жертв на местах стихийных бедствий с помощью БПЛА (Chinthaka Premachandra et al, GAN Based Audio Noise Suppression for Victim Detection at Disaster Sites With UAV), IEEE Transactions on Services Computing (2023). DOI: 10.1109/TSC.2023.3338488

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Дорогие наши гениальные дамы!

Сегодня, в этот прекрасный Международный женский день, от имени всей редакции в лице одного меня хотим поздравить вас с горячими пожеланиями и восхищением! Мы искренне восторгаемся вами, что вы нашли в себе достаточно интереса подписаться на наш паблик.

В этот день мы хотим пожелать вам, чтобы все ваши начинания были успешными, а ваше творчество - бесконечным. Пусть каждый день приносит вам новые вызовы и возможности для роста. Никогда не теряйте своей страсти и уверенности, потому что вы способны на великие дела! Пусть вам всегда сопутствует успех, радость и вдохновение!

С наилучшими пожеланиями,
Ваш InGenium

Искусственный интеллект в исследовании интерфейсов аккумуляторов

В журнале National Science Open была опубликована статья профессора Цзяо Шухонга из Университета науки и технологий Китая и профессора Ченга Тао из Сучжоуского университета. В статье рассматривается применение и огромный потенциал развития технологии искусственного интеллекта (ИИ) в исследовании границ аккумуляторных батарей.

Обзор основан на новом подходе, где подчеркивается ключевая роль химии электролитов и структуры границ электродов в производительности и безопасности литиевых аккумуляторов. Авторы выделяют перспективы применения моделей машинного обучения в этой области исследований.

Во-первых, представлены методы и модели ИИ, используемые в исследованиях аккумуляторов, а также кратко изложены текущие приложения ИИ в проектировании электролитов, механизмах формирования границ и их характеристиках, росте и подавлении литиевых дендритов, а также в деградации и прогнозировании срока службы аккумуляторов.

Учитывая ограничения традиционных экспериментальных методов, авторы предлагают, что, сочетая эксперименты и моделирование, можно получить глубокое понимание процесса образования и характеристик границ аккумулятора на молекулярном уровне. ИИ также может быть использован для извлечения ключевых дескрипторов из больших наборов данных, что обеспечивает новые идеи для разработки более эффективных, безопасных и долговечных аккумуляторных систем.

Модели ИИ или машинного обучения имеют большой потенциал в качестве мощных инструментов в будущих исследованиях аккумуляторов, и в обзоре также подчеркивается важность развития этой технологии в сообществе ученых, занимающихся наукой об аккумуляторах.

Источник:
Явэй Чен и др., Искусственный интеллект для понимания химии электролитов и интерфейса электродов в литиевой батарее (Yawei Chen et al, Artificial intelligence for the understanding of electrolyte chemistry and electrode interface in lithium battery), National Science Open (2023). DOI: 10.1360/nso/20230039

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Разработка модели высокопроизводительного резервуарного вычисления с использованием спинтроники

В последнее время исследователи из Университета Тохоку разработали теоретическую модель для высокопроизводительного резервуарного вычисления с использованием технологии спинтроники. Этот прорыв приближает ученых к созданию энергоэффективных вычислительных систем наномасштабного уровня с беспрецедентной вычислительной мощностью. Подробности их исследования были опубликованы в журнале npj Spintronics 1 марта 2024 года.

Мозг является величайшим компьютером, и ученые постоянно стремятся создать нейроморфные устройства, которые бы имитировали возможности обработки информации мозга, низкое энергопотребление и способность адаптироваться к нейронным сетям. Развитие нейроморфных вычислений является революционным, позволяя ученым исследовать наномасштабные области с частотой в гигагерцах и низким энергопотреблением.

В последние годы было сделано много прорывов в вычислительных моделях, вдохновленных работой мозга. Эти искусственные нейронные сети продемонстрировали выдающиеся результаты в различных задачах. Однако текущие технологии основаны на программном обеспечении, и их вычислительная скорость, размер и энергопотребление ограничены свойствами обычных электрических компьютеров.

В последние годы было сделано много прорывов в вычислительных моделях, вдохновленных работой мозга. Эти искусственные нейронные сети продемонстрировали выдающиеся результаты в различных задачах. Однако текущие технологии основаны на программном обеспечении, и их вычислительная скорость, размер и энергопотребление ограничены свойствами обычных электрических компьютеров.

Некоторые предлагают использовать спинтронику для создания высокопроизводительных устройств. Однако до сих пор созданные устройства не оправдали ожиданий. В частности, им не удалось достичь высокой производительности на наномасштабах с частотой в гигагерцах.

"В нашем исследовании была предложена физическая модель резервуарного вычисления, использующая распространяющиеся спиновые волны", - говорит Нацухико Ёсинага, соавтор статьи и доцент Института передовых исследований материалов (WPI-AIMR). "Разработанная нами теоретическая модель использует отклик спиновых волн на входные сигналы и открывает новые перспективы для создания энергоэффективных и высокопроизводительных вычислительных систем на наномасштабном уровне".

Это исследование открывает новые возможности в области наномасштабных вычислений и может привести к созданию энергоэффективных и мощных вычислительных систем, которые могут быть использованы в различных областях, включая искусственный интеллект, биоинформатику и многие другие.

Источник:
Сатоши Иихама и др. «Универсальное масштабирование скорости волны и ее размера позволяет осуществлять наномасштабные высокопроизводительные вычисления резервуаров на основе распространяющихся спиновых волн» (Satoshi Iihama et al, Universal scaling between wave speed and size enables nanoscale high-performance reservoir computing based on propagating spin-waves), npj Spintronics (2024). DOI: 10.1038/s44306-024-00008-5

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Адаптивная невидимость типа «море-земля-воздух»

Вопрос создания невидимости объектов является одной из самых увлекательных идей, которая долгое время привлекала внимание общественности. Она иллюстрирует траекторию развития человеческой цивилизации, начиная от примитивных методов маскировки и заканчивая современными метаматериалами, используемыми в плащах невидимости. Недавно в журнале Science было отмечено, что достижение этой цели является одним из "125 вопросов: исследования и открытия". Исследователи из Университета Чжэцзян представили новый прорыв, демонстрируя интеллектуальный аэро-амфибийный плащ невидимости. Этот плащ способен сохранять невидимость в динамичных средах, нейтрализуя внешние воздействия.

Несмотря на десятилетия исследований и создание множества прототипов плащей невидимости, создание аэро-амфибийного плаща, способного манипулировать электромагнитным рассеянием в реальном времени в постоянно меняющихся условиях, остается огромной проблемой. Эти проблемы многогранны, начиная от необходимости использования сложных метаповерхностей с настраиваемыми амплитудами до отсутствия интеллектуальных алгоритмов, способных решать проблемы, такие как неоднозначность и неполные данные.

Команда из Университета Чжэцзян решила принять эти вызовы и представила беспилотный дрон с плащом невидимости, который способен самостоятельно управляться. Как сообщается в журнале Advanced Photonics, этот дрон интегрирует функции восприятия, принятия решений и выполнения. Ключевым моментом является применение пространственно-временной модуляции для перенастройки метаповерхностей, что позволяет настраивать рассеивающие поля в пространственной и частотной областях. Для обеспечения работы этого инновационного решения была предложена сеть генерации-устранения, также известная как стохастическое эволюционное обучение. Эта сеть глобально управляет пространственно-временными метаповерхностями, автоматически ищет оптимальные решения с максимальной вероятностной оценкой, тем самым решая проблемы, связанные с неоднозначностью в обратном проектировании.

В рамках революционного эксперимента команда реализовала эту концепцию на беспилотной платформе дрона, показав ее эффективность в динамичной среде. Это открытие открывает новые возможности для разработки более продвинутых систем невидимости и может найти применение в различных областях, включая военную технологию и гражданскую авиацию.

Источник:
Чао Цянь и др., Автономный плащ-невидимка для аэроамфибий со стохастической эволюцией (Chao Qian et al, Autonomous aeroamphibious invisibility cloak with stochastic-evolution learning), Advanced Photonics (2024). DOI: 10.1117/1.AP.6.1.016001

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Многокомпонентные жидкие внедряемые поверхности

Поверхностные покрытия на протяжении многих лет играли важную роль в различных отраслях, обеспечивая защиту и функциональность. В последние годы жидковнедряемые поверхности (ЖВС) стали прорывной технологией, перевернувшей представление о поверхностных покрытиях.

В обзорной статье, опубликованной в Industrial Chemistry & Materials, авторы Захари Эпплби и доктор Кейтлин Хауэлл рассматривают новый подход в технологии поверхностей, который может существенно повлиять на различные отрасли, включая здравоохранение и охрану окружающей среды.

Наступает новая эра: многокомпонентные жидковнедряемые системы или ЖВС, содержащие более одного компонента в жидкости. Исследование представляет концепцию многокомпонентных жидковнедряемых поверхностей как сложного усовершенствования по сравнению с однокомпонентными жидкими покрытиями, которые доминировали в этой области с начала 2010-х годов.

Эти инновационные покрытия не имеют единого предназначения; они разработаны как динамические, способные активно реагировать на окружающую среду путем введения нескольких элементов в жидкий слой. Такая универсальность позволяет использовать их в самых разных областях, от медицинских устройств, которые пассивно и активно борются с инфекциями, до передовых систем улавливания углерода и механизмов доставки химических веществ, управляемых магнитными полями.

"В этом обзоре мы исследуем неиспользованный потенциал многокомпонентных жидковнедряемых поверхностей", - объясняет Зак Эпплби, аспирант Университета штата Мэн. "Интегрируя различные элементы в жидкое покрытие, мы можем достигать синергетического эффекта, который повышает функциональность способами, которые ранее считались невозможными. Это открывает новые возможности для инноваций как в промышленности, так и в медицине".

Исследование классифицирует эти поверхности на основе размера их вторичных компонентов, от молекулярного до микроскопического, и приводит примеры, демонстрирующие, как включение дополнительных элементов может привести к новаторским достижениям.

Источник:
Закари Эпплби и др., Многокомпонентные системы, наполненные жидкостью: новый подход к функциональным покрытиям (Zachary Applebee et al, Multi-component liquid-infused systems: a new approach to functional coatings), Industrial Chemistry & Materials (2024). DOI: 10.1039/D4IM00003J

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Электронная кожа, способная распознавать тактильную информацию и производить тактильную обратную связь

В последние годы ученые и инженеры в области материаловедения представили все более сложные материалы для робототехнических и протезных приложений. Это включает широкий спектр электронных имитаторов или аналогов кожи, или э-кожи, разработанных для восприятия окружающей среды и искусственного воспроизведения тактильных ощущений.

Недавно исследователи из Университета Цинхуа представили новую двухмодальную тактильную э-кожу, которая может улучшить возможности восприятия роботов и позволить им обмениваться информацией, используя тактильные ощущения человека. Эта э-кожа была представлена в статье, опубликованной на сервере предварительных публикаций arXiv и принятой на конференцию IEEE ICRA 2024. Она способна как воспринимать тактильную информацию, так и обеспечивать тактильную обратную связь, что позволяет реализовать двустороннее взаимодействие между человеком и роботом на основе тактильных ощущений.

Основная цель недавнего исследования доктора Динга и его коллег заключалась в разработке двухмодальной электронной кожи, которая также реагировала бы на силу контакта путем двусторонней передачи тактильной информации. Для достижения этой цели они представили э-кожу, интегрирующую мультимодальное магнитное тактильное восприятие с вибрационной обратной связью.

"Э-кожа включает гибкую магнитную пленку, кремниевый эластомер, матрицу датчиков Холла, матрицу приводов и микроконтроллерный блок", - пояснил доктор Динг. "Датчик Холла обнаруживает деформацию магнитной пленки, вызванную механическим давлением, что приводит к изменению магнитного поля и обеспечивает многомерное тактильное восприятие. В то же время матрица приводов генерирует механические вибрации для обеспечения тактильной обратной связи."

Такая двухмодальная э-кожа может иметь широкий спектр применений в области робототехники и протезирования. Например, она может быть использована для создания роботов, способных воспринимать окружающую среду и взаимодействовать с людьми на более естественном уровне. Также эта технология может быть полезной в разработке протезов, которые позволят людям с ограниченными тактильными ощущениями восстановить часть своей потерянной чувствительности.

Источник:
Шилонг ​​Му и др., Двухмодальная тактильная электронная кожа: обеспечение двунаправленного взаимодействия человека и робота посредством интегрированного тактильного восприятия и обратной связи (Shilong Mu et al, Dual-modal Tactile E-skin: Enabling Bidirectional Human-Robot Interaction via Integrated Tactile Perception and Feedback), arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.05725

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Новый подход к инженерным проверкам с помощью беспилотных летательных аппаратов

В исследовании, опубликованном в журнале "Engineering", коллаборация исследователей из Шанхайского университета и международных экспертов представила передовой подход к оптимизации маршрутов и графиков инспекций беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для инженерных проектов.

Исследование, под руководством Лу Чжэня, Жиюаня Янга, Жильбера Лапорта, Вэн И и Тяньи Фана, представляет инновационную модель смешанного целочисленного линейного программирования (MILP), объединенную с алгоритмом переменного окрестного поиска (VNS), создавая новый подход в области инженерного управления.

Быстрое развитие и принятие технологии БПЛА открыли новые горизонты для различных отраслей, особенно в инженерии, где всегда актуальна необходимость эффективных, безопасных и экономичных методов инспекций. Традиционные методы инспекций, часто ручные и связанные с рисками, не справляются с сложностями и опасностями, связанными с крупномасштабными инженерными проектами.

Исследование команды предлагает сложное решение этой проблемы, используя гибкость и точность БПЛА для проведения инспекций в кратчайшие сроки и с существенно сниженными рисками для человеческих инспекторов. Суть этого нововведения заключается в тщательном проектировании модели MILP и алгоритма VNS, которые вместе учитывают сложные ограничения операций БПЛА, такие как ограниченная емкость аккумулятора и регулятивные запретные зоны полетов.

Эта передовая оптимизационная система не только обеспечивает полное охватывание зон инспекций, но и динамически адаптируется к условиям на месте, максимизируя эффективность и безопасность. Подчеркивая практическое применение своего исследования, команда провела кейс-стади на проекте моста Шизян.

Результаты показали замечательную способность модели оптимизировать маршруты и графики полетов БПЛА, выявлять потенциальные риски и структурные проблемы в короткие сроки. Это применение в реальном мире подчеркивает потенциал модели в преобразовании практик инженерного управления, предлагая новое направление в этой области.

Источник:
Лу Чжэнь и др., «Маршрутизация и планирование проверок беспилотных летательных аппаратов для инженерного управления» (Lu Zhen et al, Unmanned Aerial Vehicle Inspection Routing and Scheduling for Engineering Management), Engineering (2024). DOI: 10.1016/j.eng.2023.10.014

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Искусственный интеллект для прогнозирования динамики сложных систем

Ученые Политехнического университета Милана (отделение математики) Франческо Регаццони, Стефано Пагани и Маттео Сальвадор представили инновационный тип искусственной нейронной сети, названный "Сеть скрытой динамики" (LDNet), который открывает новые перспективы в изучении эволюции систем с пространственно-временной динамикой в ответ на внешние воздействия. Предсказание эволюции сложных систем является ключевым для научного прогресса. Традиционные подходы, основанные на численных моделированиях и математических моделях, часто характеризуются запредельной стоимостью и вычислительным временем, что ограничивает их применимость в конкретных ситуациях. Новизной, представленной исследователями Политехнического университета, является использование методов искусственного интеллекта для описания эволюции систем в низкоразмерных пространствах, что позволяет достичь точных прогнозов в крайне короткие сроки.

Традиционное использование дифференциальных уравнений для моделирования пространственно-временных явлений, таких как динамика жидкостей, распространение волн и молекулярная динамика, представляет существенные математические и вычислительные сложности. Как отмечают исследователи Политехнического университета, методы, основанные на данных, представляют новый парадигму, которая может преодолеть эти ограничения. Методы, основанные на данных, могут изучать напрямую экспериментальные данные или создавать заменители для моделей с высокой точностью, что позволяет получать результаты быстрее и эффективнее.

В данном исследовании исследователи Политехнического университета представили Сети скрытой динамики (LDNet), которые вносят значительные инновации по сравнению с существующими методологиями. Такие нейронные сети способны автоматически обнаруживать внутреннюю динамику физической системы, изучаемой путем представления ее состояния с помощью небольшого числа переменных, называемых скрытыми переменными. В сравнении с методами, основанными на данных, состояние которых рассматривается в пространстве большей размерности, LDNet позволяют более эффективно и точно описывать сложные системы с пространственно-временной динамикой.

Исследователи провели серию экспериментов, используя LDNet для моделирования различных пространственно-временных процессов, таких как распространение звука в среде с переменной плотностью и динамика турбулентного потока. Результаты показали, что LDNet способны достичь высокой точности прогнозирования эволюции этих систем в кратчайшие сроки. Это открывает новые возможности для более глубокого понимания пространственно-временных процессов и их управления в различных областях науки и техники.

В будущем, ученые планируют дальнейшее развитие LDNet и его применение в реальных приложениях, таких как прогнозирование погоды, моделирование транспортных потоков и управление энергетическими системами. Это может привести к более точным и эффективным методам анализа и управления сложными системами с пространственно-временной динамикой, что имеет большое значение для научного и технического прогресса.

Источник:
Франческо Регаццони и др., Изучение внутренней динамики пространственно-временных процессов с помощью сетей скрытой динамики (Francesco Regazzoni et al, Learning the intrinsic dynamics of spatio-temporal processes through Latent Dynamics Networks), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45323-x

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Голографическая камера на основе жидких линз снимает настоящие 3D-сцены

Современные технологии голографии могут восстанавливать полную информацию о световом поле записанного объекта, что имеет важное применение в таких областях, как биологическое микроскопическое изображение и оптическая микроманипуляция. Однако развитие и применение голографической технологии затрудняют огромные объемы данных в 3D сценах и когерентность лазера, что приводит к медленной скорости захвата реальных 3D сцен и серьезному шуму пятен на голографическом воспроизведенном изображении.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, команда ученых под руководством профессора Цзюан-Хуа Вана из университета Бэйхан, Китай, профессоров Сун-Лин Чжуана и Да-Вэй Чжана из Университета Шанхая по науке и технологии, Китай, сотрудничала в разработке голографической камеры, которая может использоваться для получения голограмм реальных 3D сцен. Камера может получать высококачественные голограммы за 150 мс. Исследователи использовали жидкостную камеру на основе объектива с большой апертурой и модели, основанной на физической модели, в голографической камере.

Жидкостный объектив с апертурой 10 мм имеет низкое напряжение питания, быструю скорость реакции и широкий диапазон оптической мощности, что обеспечивает быстрый и высококачественный захват реальных 3D сцен. Кроме того, обученная модель, основанная на физической модели, может быстро вычислить высококачественные голограммы реальных 3D сцен, полученные с помощью жидкостной камеры. С использованием предложенной голографической камеры можно достичь высококачественной голографической реконструкции реальной 3D сцены на реальной глубине.

Голографическая камера решает две основные проблемы существующей голографической технологии, а именно трудность быстрого получения реальной 3D сцены и низкое качество голографического восстановленного изображения. Ожидается, что эта технология будет широко использоваться во многих областях, таких как 3D-дисплеи и шифрование измерений.

Источник:
Ди Ван и др., Голографическая камера на основе жидких линз для получения голограмм реальной трехмерной сцены с использованием сквозной сети, управляемой физической моделью (Di Wang et al, Liquid lens based holographic camera for real 3D scene hologram acquisition using end-to-end physical model-driven network), Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01410-8

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Жидкие кристаллы: будущее роботов и камер

Революционное открытие значительно расширяет потенциал жидких кристаллов, широко используемых в современных дисплеях и цифровых часах. Ученым удалось разработать простой и недорогой способ управления молекулярными свойствами жидких кристаллов с помощью светового воздействия. Исследование опубликовано в журнале "Advanced Materials".

"Теперь любая лаборатория, имеющая микроскоп и набор линз, может упорядочить выравнивание жидкого кристалла в любом желаемом узоре", - говорит автор исследования Алвин Модин, докторант по физике Университета Джонса Хопкинса. "Индустриальные лаборатории и производители могут внедрить этот метод за считанные дни".

Молекулы жидких кристаллов обладают свойствами, присущими как жидкостям, так и твердым телам. Они текут как жидкости, но имеют общую ориентацию, как в твердых телах, которая может изменяться в ответ на внешние воздействия. Эти свойства делают их незаменимыми в ЖК-экранах, биомедицинских приборах и других устройствах, требующих точного контроля над светом и тонких движений.

Однако управление их выравниванием в трех измерениях требует дорогостоящих и сложных методов, объясняет Модин. Команда ученых, в которую входят профессор физики Роберт Лихен и доцент-исследователь Франческа Серра, обнаружила, что может манипулировать трехмерной ориентацией жидких кристаллов, контролируя световое воздействие на фоточувствительный материал, нанесенный на стекло. Они освещали жидкие кристаллы через микроскоп поляризованным и неполяризованным светом. Поляризованный свет имеет определенную ориентацию световых волн, в отличие от неполяризованного света, где волны колеблются хаотично.

Ученые использовали этот метод для создания микроскопической линзы из жидкого кристалла, способной фокусировать свет в зависимости от поляризации проходящего через нее света. Сначала они излучили поляризованный свет, чтобы выровнять жидкие кристаллы на поверхности. Затем они использовали обычный свет, чтобы переориентировать жидкие кристаллы вверх от этой плоскости. Это позволило им управлять ориентацией двух типов распространенных жидких кристаллов и создавать микроскопические линзы с переменным фокусным расстоянием.

Открытие существенно расширяет возможности использования жидких кристаллов в различных областях. Например, в робототехнике их можно применять для разработки гибких сенсоров и приводов, а в оптике - для создания новых типов камер и оптических систем. Кроме того, жидкие кристаллы могут сыграть важную роль в разработке новых дисплеев для электронных устройств, которые будут более тонкими, гибкими и энергоэффективными.

Источник:
Элвин Модин и др., Пространственное фотоизображение предварительного наклона нематических жидких кристаллов и его применение при изготовлении плоских градиентно-индексных линз (Alvin Modin et al, Spatial Photo‐Patterning of Nematic Liquid Crystal Pretilt and its Application in Fabricating Flat Gradient‐Index Lenses), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202310083

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Спонтанная кривизна: ключ к созданию новых наноматериалов

Вдохновившись природой, исследователи в области нанотехнологий обнаружили так называемую "спонтанную кривизну" как ключевой фактор, определяющий возможность превращения ультратонких искусственных двумерных материалов в полезные трубки, спирали и витки. Более глубокое понимание этого процесса, который имитирует раскрытие некоторых семян в природе, может открыть новые возможности для создания хиральных структур, толщиной в 1000 раз меньше человеческого волоса, и улучшить конструкцию оптических, электронных и механических устройств.

Хиральные формы - это структуры, которые нельзя наложить на свое зеркальное отражение, подобно тому, как ваша левая рука является зеркальным отражением правой руки, но не может идеально поместиться поверх нее. Ну то есть зеркальное отображение является частным примером хиральности.

Спонтанная кривизна, вызванная маленькими молекулами, может использоваться для изменения формы тонких нанокристаллов, под влиянием ширины, толщины и симметрии кристалла. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, было проведено сотрудниками Национального центра научных исследований (CNRS) во Франции, вместе с коллегами из Центра превосходства в области экситонной науки ARC, базирующегося в Университете Сиднея.

Представьте себе кусок бумаги, который, погруженный в раствор, самопроизвольно скручивается или изгибается в спираль без какого-либо внешнего воздействия. Это подобно тому, что происходит на наномасштабе с определенными тонкими материалами. Исследователи обнаружили, что когда определенные типы полупроводящих нанопластинок - крайне тонких, плоских кристаллов - покрываются слоем органических молекул, называемых лигандами, они принимают сложные формы, включая трубки, спирали и витки.

Это превращение обусловлено различными силами, которые лиганды оказывают на верхнюю и нижнюю поверхности нанопластинок. Значимость этого открытия заключается в возможности предсказать и контролировать форму этих нанопластинок, понимая взаимодействие между лигандами и поверхностью нанопластинок.

Источник:
Дебора Монего и др., Несовместимые кривизны, вызванные лигандами, контролируют полиморфизм и хиральность ультратонких нантромбоцитов (Debora Monego et al, Ligand-induced incompatible curvatures control ultrathin nanoplatelet polymorphism and chirality), Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2316299121

=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!