Печать нового поколения с использованием оптических вихрей.

Возможно, в обозримом будущем, в продаже появятся принципиально новые принтеры, основанные на технологии оптических вихрей, разработанной учеными столичного университета Осаки. Напечатанные фотографии могут соответствовать точности отражения в зеркале. Используя оптический вихревой лазер, исследовательская группа смогла точно разместить мельчайшие капли с точностью до микрометра на поверхности фотографии.

Струйная технология печати, которая широко известна, имеет свои ограничения, особенно при использовании вязких чернил с высокой плотностью. Они часто приводят к засорению сопла, что требует поиска более совершенных методов печати. Исследователи использовали жидкую пленку флуоресцентных чернил, которая в 100 раз более вязкая, чем вода, и облучили ее оптическим вихрем. Это позволило им получить отпечатки с высокой точностью позиционирования в масштабе микрометра.

Тут открываются перспективы не только в области печати ваших любительских снимков на смартфон. Такая технология печати может иметь широкие применения в создании микрокапельных лазерных массивов, микрорисунков проводящих наночернил и биочернил для клеточных каркасов. Это открывает возможности для разработки печатных фотонных и электронных устройств следующего поколения.

Исследование, проведенное доктором Кен-ичи Юямой и его командой, было опубликовано в журнале ACS Photonics. Они использовали специальный лазерный луч, известный как оптический вихрь, чтобы достичь стабильной печати с использованием жидкостей высокой вязкости.

Источник:
Кен-ичи Юяма и др., Изготовление массива полусферических микролазеров с использованием оптического вихревого прямого переноса, индуцированного лазером (Ken-ichi Yuyama et al, Fabrication of an Array of Hemispherical Microlasers Using Optical Vortex Laser-Induced Forward Transfer), ACS Photonics (2023). DOI: 10.1021/acsphotonics.3c01005.

Сверхпроводящие диоды: новые горизонты в квантовой физике

Сверхпроводимость - одно из самых удивительных явлений в мире квантовой физики, и исследователи из Университета Вуллонгонга и Университета Монаша открыли новую главу в этой области с помощью своих исследований сверхпроводящих диодов. Эти диоды предоставляют нам возможность использовать безрассеивающийся сверхток, возникающий в сверхпроводнике, только в одном направлении, открывая новые перспективы для сверхпроводящих цепей.

Сверхпроводники отличаются нулевым сопротивлением и идеальным диамагнитным поведением. Они представляют собой особый класс материалов, где электроны образуют пары, называемые куперовскими парами, и сверхток представляет собой поток этих пар.

Недавно исследователи наблюдали невзаимный перенос сверхтока, приводящий к диодным эффектам, в различных сверхпроводящих материалах с различной геометрической структурой и дизайном, включая монокристаллы, тонкие пленки, гетероструктуры, нанопроволоки и джозефсоновские переходы. Иными словами были обнаружены материалы и структуры, в которых сверхпроводимость наблюдается при движении тока только в одном направлении, в обратном они вели себя как обычные проводники.

Исследовательская группа из Университета Вуллонгонга и Университета Монаша рассмотрела теоретические и экспериментальные достижения в области эффекта сверхпроводящих диодов (ЭСД) и представила перспективный анализ будущих аспектов. Это исследование проливает свет на различные материалы, содержащие ЭСД, структуры устройств, теоретические модели и требования к симметрии для различных физических механизмов, приводящих к ЭСД.

Направление сверхтока можно контролировать либо с помощью магнитного поля , либо с помощью электрического поля затвора. «Функциональность перестраиваемых затвором диодов в полевых сверхпроводящих структурах может позволить использовать новые устройства для сверхпроводниковых и полупроводниково-сверхпроводниковых гибридных технологий», — говорит соавтор профессор Майкл Фюрер (Университет Монаша), который является директором FLEET.

ЭСД наблюдался в широком спектре сверхпроводящих структур, изготовленных из обычных сверхпроводников, сегнетоэлектрических сверхпроводников, скрученного малослойного графена, гетероструктур Ван-дер-Ваальса, а также спиральных или киральных топологических сверхпроводников.

Исследования сверхпроводящих диодов предлагают новые возможности для разработки квантовых технологий. Эти диоды могут быть использованы в различных приложениях, включая энергосберегающие системы, суперчувствительные сенсоры и быстрые квантовые вычисления. Благодаря своей уникальной способности контролировать поток сверхтока, сверхпроводящие диоды предоставляют новые возможности для создания прогрессивных устройств и систем, которые могут изменить нашу будущую технологическую реальность.

Источник:
Мухаммад Надим и др., Эффект сверхпроводящего диода (Muhammad Nadeem et al, The superconducting diode effect), Nature Reviews Physics (2023). DOI: 10.1038/s42254-023-00632-w

Новые схемы из жидкого металла для гибких самовосстанавливающихся носимых устройств

Новый материал, разработанный исследователями из Национального университета Сингапура (NUS), обещает произвести революцию в области носимых технологий и мягкой робототехники. Их двухслойный жидко-твердый проводник (Bilayer Liquid-Solid Conductor, BiLiSC) обладает сверхгибкостью, самовосстанавливающимися свойствами и высокой проводимостью, что делает его идеальным для использования в растягивающихся электронных схемах.

Этот материал может растягиваться до 22х раз по сравнению с исходной длиной без потери электропроводности. Такое электромеханическое свойство ранее было недостижимо, и оно открывает новые возможности для создания комфортных и эффективных интерфейсов "человек-устройство" в носимых медицинских устройствах и других областях.

Профессор Лим Чви Тек, директор Института инноваций и технологий здравоохранения NUS, подчеркнул важность этого прорыва: "Мы разработали эту технологию, чтобы удовлетворить потребность в надежных, функциональных и практически неуязвимых схемах для следующего поколения носимых, роботизированных и интеллектуальных устройств. Использование BiLiSC позволяет этим устройствам выдерживать большие деформации и даже восстанавливаться, сохраняя электронную и функциональную целостность".

Эта технология приведет к созданию более надежных и долговечных носимых устройств, способных выдерживать интенсивные физические нагрузки и деформации. Например, растягивающийся сенсорный пластырь сможет точно мониторить реабилитацию пациентов с травмами локтя или колена, обеспечивая надежную и комфортную фиксацию. А носимое устройство для измерения сердечной деятельности бегуна сможет предотвратить опасные травмы, предупреждая о возможных проблемах в реальном времени.

Эти новые материалы и технологии открывают двери для инноваций в медицине, спорте и других сферах, где носимые устройства играют важную роль. Мы можем ожидать еще больше удивительных разработок и улучшений в будущем благодаря усовершенствованным растягивающимся электронным схемам и материалам, таким как BiLiSC.

Источник:
Шувен Чен и др., Интегрированная гибридная электроника, нечувствительная к сверхвысокой деформации, с использованием сильно растягивающегося двухслойного проводника на основе жидкого металла (Shuwen Chen et al, Ultrahigh Strain‐Insensitive Integrated Hybrid Electronics Using Highly Stretchable Bilayer Liquid Metal Based Conductor), Advanced Materials (2022). DOI: 10.1002/adma.202208569

Подсчет голосов жюри конкурса научно-популярных видео-роликов «Хрустальный пингвинопитек» процесс волнующий, а предсказать результат сложно. Каждый из 26 экспертов присылает файл со своими оценками, которые вносятся в итоговую таблицу, после чего числа суммируются, а таблица сортируется в порядке убывания итогового балла.

В составе жюри - Станислав Дробышевский, Дмитрий Вибе, Александр Панчин, Евгений Баженов, ANOIR, Дмитрий Побединский, Михаил Родин и многие другие. Подробности »»»

Математика конкурса в 2023 году простая:
- 72 заявки на входе
- 49 роликов допущены к конкурсу
- 12 роликов (6 и 6) в «Длинном списке» полуфинала
- 6 роликов в «Коротком списке» финала: 3 в номинации «Мастер» и 3 в номинации «Дебют».
Чувствуете, какое жесткое «сито» пришлось пройти финалистам? Поздравляем счастливчиков!

Из авторов, уже знакомых нашим зрителям, в финал номинации «Мастер» вышел канал «Дилетанты» - победитель «Дебюта» прошлого года. Да еще и ролик сделан совместно с каналом «Филолог всея Руси», собравшим все призы «Хрустального пингвинопитека» за последние годы (золото в номинациях «Дебют» 2020 года и «Мастер» 2022 года).

С нетерпением ждём 14 октября и финал, который завершит программу конференции «ПроПросвет 2023» https://antropogenez.ru/proprosvet/ (туда еще можно попасть). Все желающие смогут следить за ходом финала в прямом эфире на нашем youtube-канале https://www.youtube.com/AntropogenezRu. Победителей определит тайное голосование жюри ученых и представителей медиа.

Понравился кто-то из финалистов? Тогда 14 октября подключайтесь к трансляции и голосуйте в народной номинации «Фаворит»! Ну и обязательно посмотрите все 6 роликов - они этого достойны.

🎬 Финалисты в номинации «Дебют»

1. Совпадение? Не думаю! (Апофения, искажение подтверждения)
https://youtu.be/PB81glNEcrg?
Автор: Роман Ачисов, канал "Байесятина"

2. Какая бывает любовь: исследования и мифы
https://youtu.be/JQGLHYDHRTw
Автор: Иван Чернецкий, Канал "Психоложка"

3. Мифы в исторической генеалогии
https://youtu.be/w8r6UoL9f9o
Автор: Геннадий Ананьин, Канал "ClipStorica"

🎬 Финалисты в номинации «Мастер»

1. Кем был ЛЕРМОНТОВ? | Надевая маску | Дилетанты feat. Филолог всея Руси https://youtu.be/oFfGME8cdD0
Автор: Алексей Павленко, Канал Студия «Дилетанты»

2. Вас обманывают насчет ЗОЛОТОГО СЕЧЕНИЯ!
https://youtu.be/LqfWMbe9ALE
Автор: Стивен Уайлд, Канал "Wild Mathing"

3. Аллан Чумак: история обмана
https://www.youtube.com/watch?v=uatV7q6LFVk
Автор: Никита Образцов, Канал "Никита Образцов"

-------------—
Учредители конкурса — портал «АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ», Науч-поп хаб SciTopus, Utopia Show, Лаборатория Научных Видео и проект «Научная станция»

Длинный список
Подробный анонс конкурса
Официальный сайт конкурса: https://videopitek.ru/
Сообщество ВК

Информационную поддержку конкурсу оказывают Bad Comedian, SciOne, ПостНаука, Космос просто, Химия просто, Михаил Лидин, GEO, Физика Побединского, Proshloe, Redroom, Всё как у зверей, Vert Dider, Популярная наука, DS Astro и др.

#хрустальный_пингвинопитек

Сенсация! Учёные разгадали загадку... трения!

Снова кликбейт, за которым стоит серьёзная научная проблема, однако без иронии при первом прочтении не обошлось, конечно!

Трение - это явление, которое мы наблюдаем повседневно, и казалось бы, что в нем может быть непонятного, о нём в школах рассказывают, всё должно быть ясно как день! Тем более, что динамическим трением, то есть трением и нагревом при движении друг относительно друга двух трущихся поверхностей, мы постоянно пользуемся в повседневной жизни: от попыток согреться в холодную погоду путём потирания ладошек, до сварки трением.

Но проблема состоит в том, что мы хоть и знаем, ПОЧЕМУ происходит нагрев, но не знаем достоверно, КАК это происходит. Иными словами, наши знания ограничиваются КАЧЕСТВЕННЫМ уровнем, а учёным и, впоследствии инженерам, например, нужны КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ показатели. То есть модели, описывающие это явление, конечно, есть, однако до сих пор они давали недостоверные предсказания, и пользоваться ими, например для определения количества тепла, выделяющегося при динамическом трении, было нельзя. И только недавно стало возможным провести эксперименты для точного измерения поведения молекул при трении поверхностей друг о друга благодаря достижениям в сканирующей зондовой микроскопии.

Так вот, группа ученых из Университета Канадзавы (Япония), Международного физического центра Доностии (Испания) и Университета Регенсбурга (Германия) (целая международная группа решает проблему трения!) опубликовала свое новаторское исследование в журналах Physical Review Letters и Physical Review B, которое глубоко затрагивает эту проблему количественной оценки динамического трения. Они провели тщательное исследование манипуляций молекулой угарного газа (CO) на поверхности монокристаллической меди с помощью атомно-силового микроскопа. Их результаты, подкрепленные теоретическими расчетами, раскрывают информацию о том, как изменяются положения молекул CO относительно кончика микроскопа и поверхности, а также о взаимосвязи между движением молекулы, вызванным кончиком микроскопа, диссипацией энергии и статическим и динамическим трением.

Вот так высокие и передовые технологии помогают решать столь банальные, на первый взгляд, и уже успевшие отрастить бороду проблемы.

Источники (аж две статьи):
Норио Окабаяши и др., Динамическое трение, выявленное путем наблюдения за неожиданным промежуточным состоянием в контролируемых молекулярных манипуляциях (Norio Okabayashi et al, Dynamic Friction Unraveled by Observing an Unexpected Intermediate State in Controlled Molecular Manipulation), Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.148001.
Норио Окабаяши и др., Рассеяние энергии молекулы угарного газа, управляемой с помощью металлического наконечника на медных поверхностях (Norio Okabayashi et al, Energy dissipation of a carbon monoxide molecule manipulated using a metallic tip on copper surfaces), Physical Review B (2023). DOI: 10.1103/PhysRevB.108.165401

Управляемая линза из воздуха стала реальностью!

Современные оптические приборы используют эффект преломления света при переходе из одной среду в другую. Несмотря на заметный прогресс в области оптических материалов, такой способ манипулирования светом всё же имеет свои недостатки. Например, при использования лазера наличие другой среды может менять его изначальные свойства, с одной стороны, а с другой - не каждый материал способен длительно выдерживать воздействие интенсивного лазерного луча без изменения свойств и повреждений.

Однако на днях междисциплинарная исследовательская группа из Института Гельмгольца в Йене заявила о создании дифракционной решетки, состоящей только из воздуха. Эта решетка не только невосприимчива к повреждениям от лазерного света, но и сохраняет его исходное качество.

Инновационная технология использует звуковые волны для модуляции воздуха в зоне прохождения лазерного луча. С помощью специальных громкоговорителей исследователи формируют в воздухе узор из плотных и менее плотных участков, создавая полосатую решетку. Эта структура плотности воздуха играет роль оптической решетки, изменяя направление лазерного света.

Преимущество такого метода состоит в том, что отклонение света дифракционной решеткой позволяет гораздо более точно контролировать лазерный свет по сравнению с отклонением зеркалами, призмами или линзами. Частота и интенсивность (громкость) звуковых волн влияют на свойства оптической решетки.

В ходе первых лабораторных испытаний ученым удалось перенаправить сильный инфракрасный лазерный импульс с эффективностью 50 процентов. Однако численные модели показывают, что в будущем можно достичь значительно более высокой эффективности. Для первых испытаний пришлось использовать специальные громкоговорители на максимальной громкости, но команда ученых уверена в возможности улучшения технологии.

Одним из главных преимуществ этой новой технологии является ее потенциал в создании высокопроизводительных оптических систем. Представьте, какие возможности открываются перед научными и инженерными отраслями, если мы сможем более точно управлять лазерным светом с помощью воздушной решетки. Это может привести к разработке более эффективных лазерных систем для научных и медицинских целей, а также в области коммуникаций и информационных технологий.

Исследовательская группа уже подала заявку на патент на свой метод, что свидетельствует о их уверенности в его потенциале и перспективе на рынке. Они надеются, что их технология станет основой для разработки новых и инновационных решений в области оптики и лазерных технологий.

Источник:
Янник Шрёдель и др., Акустооптическая модуляция гигаваттных лазерных импульсов в окружающем воздухе (Yannick Schrödel et al, Acousto-optic modulation of gigawatt-scale laser pulses in ambient air), Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01304-y

Опять этот графен! Теперь его пихают в сверхпроводники.

Кто бы мог подумать, что эксперимент с грифелем и скотчем однажды приведёт к открытию чуть ли не философского камня современной науки. Шутка, конечно, и эксперимент там всё же был не на коленке, и про философский камень здесь в том контексте, что куда этот самый графен только не пригодился. Он всплывает в самых разных областях. Вот например его решили добавить в структуру высокотемпературного сверхпроводника, чтобы увеличить один из его очень важных параметров - критическую плотность тока.

Обычно сверхпроводники имеют критическую температуру, близкую к абсолютному нулю, но существует класс сверхпроводников, известных как высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), у которых критическая температура выше 77 Кельвинов - температуры кипения жидкого азота.

Одним из классов ВТСП является оксид висмута, стронция, кальция и меди, известный как BSCCO. Этот материал широко изучается и применяется в машиностроении, медицинском оборудовании, горнодобывающей промышленности и транспортных системах. Внутри класса BSCCO особенно интересен состав, известный как Bi-2223 (формулу писать не буду, она страшная), который обладает самой высокой критической температурой сверхпроводимости.

Однако сверхпроводник Bi-2223 имеют серьезные недостатки: низкая критическая плотность тока, слабое прикрепление магнитного потока и сложный процесс синтеза. Для преодоления этих ограничений группа исследователей под руководством профессора Муралидхара Мирьялы из Лаборатории материалов для энергетики и окружающей среды сверхпроводящих материалов Технологического института Шибауры и профессора Аванга Кечика Мохда Мустафы с кафедры физики естественного факультета Университета Путра Малайзии исследовали возможность улучшения сверхпроводящих свойств Bi-2223 путем добавления наночастиц графена.

Поскольку графен и Bi-2223 имеют пластинчатую микроструктуру, добавление наночастиц графена для получение слоистой структуры представляется многообещающим подходом. Команда исследовала фазообразование и кристаллические структуры различных образцов Bi-2223 с содержанием графеновых наночастиц 0,3, 0,5 и 1,0% соответственно, с помощью рентгеновской дифракции (XRD) и сравнила их с образцами чистого образца. Они также исследовали критическую температуру образцов, используя метод, называемый сусцептометрией переменного тока.

Интересно, что образец с 1,0%-м содержанем графена показал самую высокую плотность критического тока и обладал микроструктурой, наиболее приспособленной для формирования сверхпроводников Bi-2223. «Эти результаты позволяют предположить, что добавление наночастиц графена, действующих как примеси, может повысить плотность тока сверхпроводников Bi-2223», — говорит профессор Мирьяла.

Объясняя потенциальные будущие применения сверхпроводников Bi-2223 с повышенной плотностью тока, профессор Мирьяла добавляет: «Эти сверхпроводники обладают потенциалом для облегчения работы в различных областях, таких как МРТ, производство и распределение энергии, интеграция возобновляемых источников энергии, транспорт и аэрокосмическая промышленность, ускорители частиц, электроника и квантовые вычисления, экологическая устойчивость, промышленные и производственные процессы, а также образовательная и научная деятельность».

Источник:
Сити Набила Абдулла и др., Микроструктура и сверхпроводящие свойства Bi-2223, синтезированного методом соосаждения: эффекты добавления наночастиц графена (Siti Nabilah Abdullah et al, Microstructure and Superconducting Properties of Bi-2223 Synthesized via Co-Precipitation Method: Effects of Graphene Nanoparticle Addition), Наноматериалы (2023). DOI: 10.3390/nano13152197

Нейросетевые языковые модели могут... сжимать картинки и аудио!

Сжатие данных является неотъемлемой частью современного цифрового мира. Без него мы бы столкнулись с огромными затратами на хранение и передачу информации. Благодаря сжатия мы можем легко получать доступ к огромным объемам данных из Интернета, хранить музыку, фотографии и видео на одном устройстве, а также обмениваться файлами без проблем.

Одним из главных преимуществ сжатия данных является повышение цифровой безопасности. Когда мы передаем информацию, сжатие позволяет нам защитить данные от несанкционированного доступа. Это особенно важно при передаче конфиденциальной информации, такой как банковские данные или личные сведения.

Кроме того, сжатие данных играет важную роль в ускорении анализа больших объемов информации. Благодаря сжатию, мы можем сократить время, необходимое для обработки и анализа данных, что позволяет нам получать результаты быстрее и более эффективно.

Исследователи из DeepMind недавно объявили, что обнаружили, что большие языковые модели могут вывести сжатие данных на новый уровень. Их модель Chinchilla 70B (Будем звать её Шиншилла) достигла удивительной степени сжатия, что открывает новые возможности для более эффективного хранения и передачи информации.

Изображения были сжаты до 43,4% от исходного размера, а аудиоданные — до 16,4% от исходного размера. Для сравнения, стандартный алгоритм сжатия изображений PNG сжимает изображения до 58,5% от исходного размера, а компрессоры FLAC уменьшают аудиофайлы до 30,3%.

Результаты были особенно впечатляющими, потому что в отличие от PNG и FLAC, которые были разработаны специально для изображений и аудио, Шиншилла была обучена работать с текстом, а не с другими медиа.

Их исследования также выявили другой взгляд на законы масштабирования, то есть на то, как меняется качество сжатия при изменении размера сжатых данных.

Источник:
Грегуар Делетанг и др., Языковое моделирование — это сжатие (Grégoire Delétang et al, Language Modeling Is Compression), arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2309.10668.

Новый подход к 3D-печати стекла: ультрафиолет и низкие температуры

В последние годы 3D-печать добралась уже и до стеклянных изделий. Однако, существовал один ограничивающий фактор - высокая температура, необходимая для печати стеклянных структур. Но теперь команда исследователей из Технологического института Джорджии представила новый метод, использующий ультрафиолет и низкие температуры, чтобы преодолеть эту проблему.

Исследователи разработали процесс, который снижает температуру, необходимую для преобразования печатной полимерной смолы в кварцевое стекло, с 1100°C до всего лишь 220°C. Это значительно упрощает процесс и сокращает время отверждения стекла с 12 часов до всего лишь пяти. Их метод позволяет создавать различные стеклянные структуры, включая крошечные линзы шириной примерно с человеческий волос.

Профессор Х. Джерри Ци, возглавляющий команду исследователей, подчеркнул, что их подход открывает новые возможности для производства керамики в мягких условиях. Керамика, включая кварцевое стекло, является особенно сложным материалом, и этот новый метод позволяет раздвинуть границы и создавать больше керамических изделий.

Одним из потенциальных применений новой технологии является создание медицинских устройств, таких как эндоскопы. Миниатюризация линз позволит улучшить медицинскую визуализацию внутри тела. Кроме того, стеклянные структуры, созданные с помощью 3D-печати, могут использоваться для создания микрофлюидных устройств (очень тонких трубок, если по-простому). Эти устройства, обычно представляющие собой небольшие компьютерные чипы с микроканалами, используются для исследования клеток и биожидкостей в движении.

Одним из основных преимуществ стеклянных чипов перед полимерными заключается в их устойчивости к коррозии, вызываемой химическими веществами или биологическими жидкостями. Это открывает новые возможности для развития микроэлектроники со стеклянными структурами.

Исследователи с нетерпением ожидают возможности, которые предоставит их новый метод. Он не только позволяет создавать стеклянные структуры в более мягких условиях, но и открывает двери для новых инноваций в области медицины и исследований. Будущее 3D-печати стекла выглядит обещающе, и мы можем ожидать еще большего развития этой технологии.

Источник:
Минчжэ Ли и др., Низкотемпературная 3D-печать микроструктур прозрачного кварцевого стекла (Mingzhe Li et al, Low-temperature 3D printing of transparent silica glass microstructures), Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adi2958.

Создана поверхность, которая не мокнет под водой.

Пауки вида Argyroneta aquatica обладают удивительной способностью жить под водой, несмотря на то, что их легкие могут дышать только атмосферным кислородом. Как им это удается? Ученые обнаружили, что у этих пауков есть миллионы грубых водоотталкивающих волосков, которые удерживают воздух вокруг их тела, создавая своеобразный резервуар кислорода и выступая в качестве барьера между легкими паука и водой. Этот слой воздуха называется пластроном и долгое время ученые пытались использовать его защитные свойства.

Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук, Института биологической инженерии Висса в Гарварде, Университета Фридриха-Александра Эрланген-Нюрнберга в Германии и Университета Аалто в Финляндии смогли разработать супергидрофобную поверхность с устойчивым пластроном, который может сохраняться под водой в течение месяцев. Это открыло новые возможности в области биомедицины и промышленности, так как такие поверхности могут предотвращать коррозию, рост бактерий, прилипание морских организмов и химическое загрязнение.

Одной из основных проблем при создании стабильных подводных супергидрофобных поверхностей было то, что для формирования пластрона требовалась шероховатая поверхность, подобная волоскам Argyroneta aquatica. Однако такая поверхность была механически нестабильной и чувствительной к изменениям температуры, давления и дефектам.

Исследователи смогли преодолеть эту проблему, разработав новый подход. Они создали поверхность с наноструктурированными материалами, которые имитируют шероховатость волосков паука. Эти наноструктуры обеспечивают стабильность пластрона и позволяют поверхности оставаться сухой под водой в течение длительного времени.

Эти результаты в создании стабильных подводных супергидрофобных поверхностей могут иметь огромное значение для различных областей. В биомедицине, такие поверхности могут использоваться для создания имплантатов, которые не будут прилипать к тканям и не вызовут воспалительных реакций. В промышленности, они могут применяться для защиты от коррозии и загрязнения различных поверхностей, таких как судовые корпуса или оборудование, находящееся под водой.

Источник:
Александр Б. Теслер и др., Долгосрочная стабильность аэрофильных металлических поверхностей под водой (Alexander B. Tesler et al, Long-term stability of aerophilic metallic surfaces underwater), Nature Materials (2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01670-6

Насекомые-киборги.

Насекомые-киборги представляют собой удивительную научно-техническую разработку, которая открывает новые перспективы в области мобильных и эффективных устройств. Эти гибридные роботы-насекомые используют электрические стимулы для управления движением, и исследователи смогли добиться значительного прогресса в этой области. Однако, прежде чем эта технология станет широко применяемой, необходимо решить некоторые сложности, связанные с различиями в нервной и мышечной системах разных видов насекомых.

Недавнее исследование, проведенное международной группой ученых и опубликованное в журнале eLife, сфокусировалось на изучении взаимосвязи между электрической стимуляцией мышц ног палочников и результирующим крутящим моментом, который обеспечивает движение ноги. Исследователи сосредоточились на трех ключевых мышцах, отвечающих за различные аспекты движения насекомых.

В ходе экспериментов, проведенных в лаборатории профессоров Фолькера Дюрра и Йозефа Шмитца в Университете Билефельда, тела палочников были закреплены, а одна из трех мышц ног была стимулирована электрическими импульсами для воссоздания ходьбы. Результаты экспериментов позволили ученым создать модель, способную предсказывать крутящий момент, порождаемый различными схемами электрической стимуляции мышц. Они также обнаружили линейную зависимость между продолжительностью стимуляции и создаваемым крутящим моментом, что означает возможность предсказания силы, просто анализируя длительность электрического импульса.

Эти открытия имеют важное значение для усовершенствования двигательного управления насекомыми-киборгами. Используя всего лишь несколько измерений, ученые смогут адаптировать стимуляцию для каждого отдельного насекомого, что повысит эффективность и точность движений роботов. Такие улучшения могут привести к разработке более эффективных и гибких роботов-насекомых, которые могут использоваться в различных областях, включая поисково-спасательные операции, исследования и даже в медицине.

Источник:
Дай Оваки и др., Иерархическая модель внешнего электрического управления насекомым с учетом индивидуальных изменений свойств мышечной силы (Dai Owaki et al, A hierarchical model for external electrical control of an insect, accounting for inter-individual variation of muscle force properties), eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.85275

Учёные хотят наделить ИИ эмоциями через искусственный орган вкуса

Искусственный интеллект (ИИ) является одной из наиболее обсуждаемых и развивающихся областей в настоящее время. Его потенциал и возможности вызывают все большой интерес у исследователей и разработчиков.

Однако, до сих пор системы ИИ не учитывают психологическую сторону нашего человеческого интеллекта, включая эмоциональный интеллект. Исследователи стремятся внедрить эмоциональную составляющую в ИИ через создание у него ощущения вкуса, чтобы он мог лучше понимать и воспроизводить наши привычки питания. Процесс дегустации, определяющий наши предпочтения в пище, является примером эмоционального интеллекта и взаимодействия физиологических и психологических аспектов нашего организма.

Одно из ключевых отличий между голодом и вкусовыми предпочтениями заключается в том, что голод является физиологической потребностью, а вкусовые предпочтения основаны на наших эмоциональных реакциях. Иногда мы можем съесть то, что нам нравится, даже когда не голодны. Например, после плотного обеда мы можем соблазниться кусочком шоколадного торта. Это свидетельствует о том, что наши эмоции и предпочтения влияют на наше пищевое поведение.

Хотя остается много вопросов относительно нейронных цепей и механизмов, ответственных за восприятие голода и контроль аппетита, исследования в области визуализации мозга предоставляют все больше информации о том, как эти процессы работают в отношении вкуса. Вкусовые рецепторы в нашем языке преобразуют химические вещества в сигналы, которые передаются в мозг, и влияют на наши предпочтения и реакции на пищу.

Команда исследователей из штата Пенсильвания работает над разработкой нового электронного языка, который имитирует влияние вкуса на наши пищевые предпочтения. Их цель заключается в создании ИИ, который способен обрабатывать информацию, как человек, учитывая наши потребности и желания. Это может стать значительным шагом вперед в развитии ИИ, так как человеческое поведение является сложным взаимодействием между физиологическими потребностями и психологическими побуждениями.

Исследователи разработали упрощенную биомиметическую версию этого процесса, включающую электронный «язык» и электронную «вкусовую кору», изготовленные из двумерных материалов, то есть материалов толщиной от одного до нескольких атомов.

Искусственные вкусовые рецепторы состоят из крошечных электронных датчиков на основе графена, называемых хемитранзисторами, которые могут обнаруживать газы или химические молекулы. В другой части схемы используются мемтранзисторы — транзисторы, запоминающие прошлые сигналы, изготовленные из дисульфида молибдена. Это позволило исследователям создать «электронную вкусовую кору», которая соединяет физиологический «нейрон голода», психологический «нейрон аппетита» и «цепь питания».

Развитие электронного языка, способного имитировать влияние вкуса на наше пищевое поведение, представляет собой потенциально важный шаг в развитии ИИ. Если искусственный интеллект сможет учитывать и понимать наши эмоциональные реакции на пищу, он сможет предлагать нам более персонализированные и соответствующие нашим предпочтениям продукты и блюда.

В итоге, разработка ИИ, способного учитывать и воспроизводить наши вкусовые предпочтения и эмоциональные реакции на пищу, может привести к созданию новых инновационных продуктов и услуг, а также улучшить наше пищевое поведение и здоровье.

Источник:
Субир Гош и др., Полностью двухмерная био-вкусовая схема для имитации физиологии и психологии пищевого поведения (Subir Ghosh et al, An all 2D bio-inspired gustatory circuit for mimicking physiology and psychology of feeding behavior), Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41046-7

Замена пластмасс биополимерами.

В рамках проекта COOPERATE, исследователи из Института структурной долговечности и надежности систем Фраунгофера (LBF) работают с промышленными и исследовательскими партнерами над заменой традиционных пластиков на основе ископаемого топлива на биологические альтернативы. Это позволит снизить выбросы CO2 и сделать компоненты транспортных средств и промышленного оборудования более устойчивыми.

Одним из основных аспектов проекта является разработка биополимеров, армированных волокнами, которые производятся из возобновляемых источников, таких как побочные продукты сельского хозяйства. Это позволяет снизить потребность в ископаемых топливах и сделать процесс производства более экологичным.

Кроме того, исследователи также разрабатывают методы, которые позволяют более экономично использовать материалы и улучшать дизайн продукта с точки зрения оценки жизненного цикла и устойчивости. Это важно для достижения цели по снижению содержания CO2 в компонентах транспортных средств и промышленном оборудовании до 50%.

Промышленность стремится сократить выбросы CO2 вдвое к 2030 году, и использование легких компонентов из пластика может сыграть значительную роль в достижении этой цели. Легкие конструкции позволяют сэкономить множество тонн CO2 ежегодно.

Проект COOPERATE фокусируется на разработке легких компонентов транспортных средств, которые должны выдерживать высокие механические и динамические нагрузки. Это включает несущие пластиковые компоненты, такие как опоры двигателя и соединительные тяги, которые являются важной частью шасси.

Снижение потребности в ископаемых топливах и переход к биологическим альтернативам пластика - важный шаг в направлении устойчивого будущего. Проект COOPERATE демонстрирует, что совместные усилия промышленности и исследовательского сообщества могут привести к инновационным решениям, способным снизить выбросы CO2 и создать более устойчивые материалы для будущих поколений.

Создание технологии производства массивов микролинз, как у глез стрекозы.

Новая статья, опубликованная в журнале Light: Advanced Manufacturing, представляет уникальную технологию производства 3D-матриц микролинз (MLA), разработанную группой ученых из Университета Цзилинь под руководством профессора Ци-Дай Чена. Вдохновением для исследователей послужили сложные глаза стрекозы, состоящие из тысяч крошечных линз, которые позволяют насекомому видеть широкое поле зрения.

MLA представляют собой микроразмерные функциональные элементы, которые имеют потенциал широкого применения в различных областях, таких как параллельное микропроизводство, биомиметика, формирование луча, 3D-изображения и 3D-отображение. Для производства MLA существует множество методов, но большинство из них неэффективны и неспособны с высокой точностью создавать трехмерные поверхности.

В качестве альтернативы, MLA в основном изготавливаются из мягких материалов и могут быть преобразованы из 2D-моделей в 3D-конфигурации посредством механической деформации. Однако, существуют проблемы с использованием локального влажного травления с применением фемтосекундного лазера (fs-LEWE) для производства массивов микровогнутых линз (MCLA) в больших масштабах. Одна из проблем заключается в ограниченной эффективности производства, поскольку процесс обычно выполняется импульс за импульсом. Другая проблема связана с сложностью и требовательностью процесса для изогнутых подложек, где требуется тщательное программирование топологии поверхности.

Параллельная обработка может значительно повысить эффективность fs-LEWE, но до сих пор остается проблемой параллельная пространственная обработка внутри объемных материалов или на изогнутых поверхностях.

Исследователи работают над решением этих проблем и делают fs-LEWE более эффективным и универсальным методом изготовления MCLA. Это может привести к разработке новых оптических устройств с улучшенными характеристиками и возможностями применения.

Был разработан новый метод изготовления 3D MLA. В этом методе используется 3D-лазер для абляции изогнутой поверхности с последующим травлением в кислоте. Этот метод позволяет создавать высококачественные массивы вогнутых 3D-линз, которые можно использовать для создания мягких сложных глаз. Восстановление изображений с использованием алгоритма глубокого обучения может еще больше улучшить качество изображения .

Пространственный модулятор света (SLM) представляет собой элемент фазовой дифракционной оптики, который может модулировать фазу лазерного луча для получения произвольного распределения. Это дает возможность создавать сложные 3D-модели с высокой точностью.

Новый метод исследовательской группы называется голографической технологией мокрого травления с использованием фс-лазера. Первым шагом в этом процессе является создание большой одинарной вогнутой линзы на изогнутой подложке. Это делается путем фокусировки лазерного луча на подложку через объектив.

Лазерный луч создает в подложке небольшие углубления, постепенно приобретающие сферический профиль во время мокрого травления. Следующим шагом является использование SLM для создания трехмерного распределенного массива фокусных точек . Этот массив ориентирован на подложку , создавая трехмерный массив центров травления. Затем они вытравливаются в микролинзы, которые перекрываются, образуя плотно упакованную и изогнутую MCLA.

Источник:
Лэй Ван и др., Голографическое лазерное изготовление трехмерных искусственных сложных микроглаз (Lei Wang et al, Holographic laser fabrication of 3D artificial compound μ-eyes), Light: Advanced Manufacturing (2023). DOI: 10.37188/lam.2023.026

Учёные заглянули внутрь молекулы аммиака при помощи сверхбыстрой электронной камеры.

Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета совершили прорыв в исследовании движения атомов водорода в молекулах аммиака. Используя метод дифракции сверхбыстрых электронов (UED), они смогли зафиксировать быстрое движение атомов водорода. Этот эксперимент оказался первым успешным, поскольку ранее никому не удавалось точно отследить атомы водорода с помощью дифракции электронов.

Опубликованные результаты в журнале Physical Review Letters основываются на использовании высокоэнергетических мегаэлектронвольт (МэВ) электронов для изучения атомов водорода и переноса протона. Перенос протонов играет важную роль в биологических и химических реакциях, таких как катализ биохимических процессов ферментами и работа протонных насосов в митохондриях - энергетических центрах клеток. Поэтому понимание структуры переноса протонов во время этих реакций имеет большое значение.

Однако перенос протонов происходит настолько быстро - всего несколько фемтосекунд (одна миллионная одной миллиардной секунды), что его очень сложно зафиксировать в действии. Одно из возможных решений - использование рентгеновских лучей для облучения молекулы и анализа рассеянных лучей, чтобы получить информацию о развитии структуры молекулы. Однако рентгеновские лучи взаимодействуют только с электронами, а не с атомными ядрами, что делает этот метод менее чувствительным.

Для получения более точных ответов исследователи под руководством Томаса Вольфа из SLAC использовали сверхбыструю камеру для дифракции электронов MeV-UED. Они провели эксперимент с газообразным аммиаком, в котором три атома водорода связаны с атомом азота. Сначала аммиак был подвергнут ультрафиолетовому облучению, что привело к диссоциации одной из связей водород-азот. Затем через образовавшуюся структуру был пропущен луч электронов.

Источник:
Элио Г. Шампенуа и др., Фемтосекундная электронная и водородная структурная динамика в аммиаке, полученная с помощью дифракции сверхбыстрых электронов (Elio G. Champenois et al, Femtosecond Electronic and Hydrogen Structural Dynamics in Ammonia Imaged with Ultrafast Electron Diffraction), Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.143001.

Мягкие роботизированные захваты для подъёма тяжёлых грузов

Роботические системы играют все более важную роль в нашей повседневной жизни, и с каждым днем требования к их функциональности и безопасности становятся все выше. Особенно важно иметь надежные и гибкие захваты, которые способны обращаться с различными типами предметов, включая хрупкие и тяжелые. Исследователи из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) и Научно-исследовательского центра интеллектуальной робототехники (KIST) представили новый прорыв в области мягких роботизированных захватов, которые могут поднимать предметы весом более 100 кг с использованием всего 130 граммов материала.

В отличие от традиционных жестких захватов, мягкие роботизированные захваты используют мягкие и гибкие материалы, такие как ткань, бумага и силикон. Эти материалы позволяют роботическим захватам эмулировать движения и функции человеческой руки, обеспечивая безопасность и точность при захвате и освобождении объектов.

Однако, до сих пор, мягкие роботизированные захваты имели ограниченную грузоподъемность и недостаточную устойчивость захвата. Поэтому команда ученых из KAIST и KIST разработала новую структуру захвата, вдохновленную текстилем. Они применили технику ткачества, которая предполагает плотное переплетение отдельных нитей для создания прочной ткани. Эта техника использовалась веками при производстве одежды, сумок и промышленного текстиля.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые использовали тонкий ПЭТ-пластик для создания плетеной структуры захвата. Полученный мягкий роботизированный захват весит всего 130 грамм и способен удерживать предметы весом более 100 кг. В сравнении с обычными захватами того же веса, которые могут поднять не более 20 кг, новое решение показывает впечатляющую грузоподъемность.

Этот новый прорыв в области мягких роботизированных захватов имеет широкий потенциал применения. Бытовые роботы, которые обрабатывают хрупкие предметы, такие как яйца или стеклянные изделия, смогут эффективно и безопасно выполнять свои задачи благодаря гибким захватам. Кроме того, логистические роботы, которым необходимо переносить различные типы предметов, смогут справиться с грузами большего веса, увеличивая производительность и эффективность работы.

Источник:
Кёнджи Кан и др., Ухватывание динамического плетения с запутанными замкнутыми петлями (Gyeongji Kang et al, Grasping through dynamic weaving with entangled closed loops), Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40358-y

Новая технология доступных роборук

Робототехника продолжает продвигаться вперед, создавая все более усовершенствованные роботизированные системы, способные имитировать функции человеческого тела. В этой области особое внимание уделяется разработке роботизированных рук и захватов, которые позволяют роботам манипулировать объектами подобно тому, как это делают люди в повседневной жизни.

Однако, несмотря на значительные достижения, большинство существующих скелетных структур для роботизированных рук имеют сложную конструкцию и требуют высокотехнологичных компонентов, что затрудняет их масштабирование и производство в больших объемах. Исследователи из MIT представили новую роботизированную руку, которая обладает высокой точностью и легко масштабируется благодаря использованию широко распространенных методов производства, таких как 3D-печать и лазерная резка.

Основная особенность этой руки заключается в использовании модульной структуры, состоящей из нескольких строительных блоков, которые можно переставлять для достижения различных движений. Исследователи стремились создать гибкую роботизированную руку, которая не требует сложных и дорогостоящих компонентов. Они хотели достичь высокой степени подвижности, сравнимой с человеческими руками, чтобы робот мог выполнять различные повседневные задачи и манипуляции.

Эта новая концепция создания роботизированных конечностей является свежим подходом в области разработки робототехники. Такая роборука обладает высокой гибкостью и точностью, а также может быть произведена в больших масштабах с использованием доступных технологий. Такой подход открывает новые возможности для применения роботов в различных сферах, включая промышленность, медицину и помощь людям с ограниченными физическими возможностями.

Источник:
Чао Лю и др., Модульная роботизированная рука с высокой чувствительностью, созданная на основе биотехнологий (Chao Liu et al, A Modular Bio-inspired Robotic Hand with High Sensitivity), Международная конференция IEEE по мягкой робототехнике (RoboSoft) 2023 г. (2023 г.). DOI: 10.1109/RoboSoft55895.2023.10121946

Электролит из вязкого стекла для нового поколения аккумуляторов

Твердотельные батареи являются одной из самых обсуждаемых технологий в области энергетики и электроники. Они потенциально могут заменить современные литиевые аккумуляторы с жидкими и полимерными электролитами, которые всё ещё имеют серьёзный недостаток в виде возможного воспламенения. Исследователи по всему миру стремятся разработать новые материалы и решения, которые могут преодолеть существующие проблемы и ограничения аккумуляторов с твердотельным электролитом, связанные со стабильностью интерфейса и стоимостью производства. Исследование, проведенное группой под руководством профессора Ху Юншэна, может приблизить реализацию твердотельной технологии.

В их исследовании был представлен новый электролит на основе вязкоупругого неорганического стекла под названием VIGLAS. Этот материал имеет потенциал стать ключевым компонентом твердотельных батарей, преодолевая ограничения, связанные с механической и химической стабильностью. Он позволяет достичь высокой плотности энергии, что делает его привлекательным для использования в электромобилях, накопителях энергии и мобильных устройствах.

Одним из основных преимуществ VIGLAS является его способность работать при комнатной температуре, что облегчает процесс производства и эксплуатации. Ранее твердотельные батареи на основе органических полимеров демонстрировали механическую стабильность, но они не обладали необходимой химической стабильностью. VIGLAS же обладает обеими этими характеристиками, что открывает новые возможности для повышения плотности энергии и совместимости с высоковольтными катодами.

Кроме того, важно отметить, что производство твердотельных батарей на основе неорганических сульфидов ранее требовало работы при чрезвычайно высоких давлениях. Это создавало серьезные проблемы для коммерциализации данной технологии. Однако благодаря использованию VIGLAS, эти проблемы могут быть преодолены, что делает производство твердотельных батарей более доступным и экономически эффективным.

Исследование группы профессора Ху Юншэна является важным шагом в развитии технологии твердотельных батарей. Они продемонстрировали возможность превращения хрупких расплавленных солей в вязкоупругие стекла при комнатной температуре. Это открывает новые перспективы для создания более эффективных и стабильных твердотельных батарей, которые могут применяться в различных отраслях, от автомобилей до портативных устройств.

Источ ник:
Тао Дай и др., Неорганические стеклянные электролиты с вязкоупругостью, подобной полимерам (Tao Dai et al, Inorganic glass electrolytes with polymer-like viscoelasticity), Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01356-y

От Моцарта до Канацидиса: История минералов, названных в честь известных личностей

Всегда интересно открывать новые грани в мире науки и исследований. Оказывается, не только знаменитости могут оставить свой след в истории науки своим именем в названии открытий или минералов, например, но и ученые тоже могут также прославиться благодаря своим открытиям. Что общего между Моцартом, Христофором Колумбом и Дж. П. Морганом? Оказывается, у всех них есть минералы, названные в их честь. Недавно в этот эксклюзивный клуб был принят новый член: Меркури Канацидис, ученый-материаловед из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и профессор Северо-Западного университета.

Канацидис стал названием новооткрытого минерала - канацидисита, который был обнаружен в Венгрии и признан Международным минералогическим обществом. Этот минерал относится к классу халькогенидов, группе материалов, известных своим содержанием серы и использовавшихся в прошлом для производства меди. Канацидис посвятил десятилетия своей научной карьеры изучению халькогенидов в Аргонне и Северо-Западном регионе.

Канацидис рассказал, что назвать минерал в его честь - это настоящий "рок-звездный" момент в его карьере. Он выразил свою благодарность и сказал, что это очень необычная честь, которая запомнится на долгие годы. Сейчас минерал можно найти в Музее естественной истории Университета Флоренции в Италии.

Халькогениды, включая канацидисит, играют важную роль в различных областях науки и технологий. Как рассказал сам Канацидис, одним из наиболее важных применений халькогенидов является гидрообессеривание сырой нефти. Этот процесс удаляет серу из природного газа и очищенной нефти, и без использования сульфида молибдена, основного халькогенида, этот процесс становится невозможным. Канацидис подчеркнул, что удаление этого катализатора из поля зрения может привести к серьезным последствиям для экономики.

Канацидис также отметил, что халькогениды используются в солнечных элементах и других материалах. Он посвятил большую часть своей научной карьеры изучению этих соединений и стремится создавать новые халькогениды. Более 30 лет он занимается проектированием, предсказанием и синтезом новых материалов, чтобы расширить наши знания в этой области.

Источник:
Лука Бинди и др., Канацидисит: природное соединение с характерной гетерослоистой архитектурой Ван-дер-Ваальса (Luca Bindi et al, Kanatzidisite: A Natural Compound with Distinctive van der Waals Heterolayered Architecture), Журнал Американского химического общества (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c06433

Неожиданное решение для поглощения радиоволн.

Био-металлоорганический каркас (Bio-MOF), разработанный исследовательской группой под руководством профессора Ван Цзюньфэна из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук, стал неожиданным решением для поглощения электромагнитных волн.

Металлоорганические каркасы (MOF) уже давно привлекают внимание ученых, так как они обладают уникальными свойствами, такими как превосходная проводимость и магнетизм. Однако, новое исследование открыло ещё одно удивительное свойство.

Исследовательская группа использовала биоминерализованный бычий сывороточный альбумин (BSA) в качестве матрицы и разработала уникальный биологический материал MOF под названием BSA@Mil-100. Этот материал имел иерархическую самоорганизующуюся структуру в масштабе от нано до микрометра и обладал замечательными свойствами поглощения микроволнового излучения.

Согласно Саджиду ур Рехману, первому автору исследования, BSA@Mil-100 продемонстрировал значительные улучшения в способности поглощать микроволны по сравнению с обычным Ми-100. В сверхвысокочастотном диапазоне 8,85 ГГц, BSA@Mil-100 достиг уровня поглощения -58 дБ и имел ширину полосы пропускания 6,79 ГГц.

Источник:
Саджид ур Рехман и др., Иерархически-биоинспирированные металлоорганические каркасы, усиленное поглощение электромагнитных волн (Sajid ur Rehman et al, Hierarchical‐Bioinspired MOFs Enhanced Electromagnetic Wave Absorption), Small (2023). DOI: 10.1002/sml.202306466