Краска для джинсов решит проблему пластика в океанах

Пластиковые отходы представляют серьезную проблему для окружающей среды, особенно когда они распадаются на нанопластики, которые трудно удалять из воды. Однако, доктор Джэ-Ву Чой из Корейского института науки и технологий (KIST) предложил инновационное решение в виде экологически чистого твердого флокулянта на основе металлорганического скелета.

Этот новый флокулянт, разработанный исследователями, обладает способностью агрегировать нанопластики при воздействии видимого света. Они использовали берлинскую лазурь, которая изначально была синтезирована для окрашивания джинсов в темно-синий цвет. Берлинская лазурь также была применена для адсорбции радиоактивного цезия из сточных вод японской атомной электростанции.

В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что берлинская лазурь эффективно агрегирует нанопластики диаметром около 0,15 мкм, которые традиционные методы фильтрации не могут удалить. Под воздействием видимого света, нанопластики агломерируются и образуют крупные частицы, что значительно облегчает их удаление из воды.

Важно отметить, что в ходе экспериментов исследователи смогли удалить до 99% нанопластиков из воды, что является весьма впечатляющим результатом. Это открытие может иметь значительное значение для разработки более эффективных методов очистки воды от микропластика.

Дальнейшее развитие этого материала может потенциально привести к созданию новых технологий очистки воды, которые будут более эффективными и экологически безопасными. Однако, необходимо провести дальнейшие исследования и испытания, прежде чем этот материал сможет быть широко применен в промышленности.

Источник:
Ёнгюн Юнг и др., Самоходные наноботы, индуцированные видимым светом, против нанопластиков (oungkyun Jung et al, Visible-light-induced self-propelled nanobots against nanoplastics), Water Research (2023). DOI: 10.1016/j.watres.2023.120543

Новая радарная технология для обнаружения вращающихся объектов

Современные радиолокационные системы сталкиваются с ограничениями при обнаружении объектов, движущихся под прямым углом к радиолокационным сигналам. Исследователи из Шанхайского университета науки и технологий представили новый подход, использующий спиральные электромагнитные волны с орбитальным угловым моментом.

Эти "вихревые" волны имеют спиральную закрутку и создают характерный вращательный эффект Доплера при взаимодействии с вращающимися объектами. Чтобы улучшить обнаружение и идентификацию этих вращательных эффектов, исследователи разработали интегрированный излучатель вихревого луча терагерцовых волн (ТГц).

ТГц волны находятся между микроволнами и инфракрасными волнами по частоте и обладают уникальной способностью проникать в различные материалы с минимальным риском повреждения. Они идеально подходят для радиолокационной визуализации с высоким разрешением. Однако, несмотря на перспективы использования ТГц волн, они сталкиваются с проблемами низкой эффективности и нестабильности.

Исследовательская группа сосредоточилась на разработке практичных и настраиваемых ТГц вихревых излучателей, а также соответствующих схем обнаружения. Их работа представляет собой первую демонстрацию интегрированного излучателя вихревого луча терагерцового диапазона, специально разработанного для обнаружения вращающихся целей.

Этот новый подход может иметь значительное влияние на развитие радиолокационных систем. Он позволит более точно обнаруживать и идентифицировать объекты, движущиеся под различными углами к радиолокационным сигналам. Благодаря использованию ТГц волн, системы смогут достичь высокого разрешения и минимизировать риск повреждения материалов.

Источник:
Jingya Xie et al., Интегрированный излучатель терагерцового вихревого луча для обнаружения вращающихся целей (Jingya Xie et al, Integrated terahertz vortex beam emitter for rotating target detection), Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.6.066002

Новые мультиметаллические водородные топливные элементы

Топливные элементы – перспективный источник зеленой энергии, который может изменить различные отрасли, включая транспорт и производство электроэнергии. Они работают на основе химической реакции, в результате которой производится электричество, а побочными продуктами являются только вода и тепло. Но сегодня большинство исследований в этой области сосредоточено на клетках, использующих платину в качестве катализатора для запуска реакции. Однако платина является дорогим и не особенно стабильным материалом для этой цели, поэтому создание коммерчески жизнеспособного продукта было сложной задачей.

Однако исследователи из Западного университета обнаружили новый подход, который может изменить ситуацию. Они интегрировали палладий и кобальт с платиной, что позволило снизить количество необходимой платины для производства энергии и создать более стабильный катализатор для топливных элементов. Это открытие было опубликовано в Журнале физической химии C. Исследователи использовали канадский источник света (CLS) в Университете Саскачевана для разработки и тестирования своего нового подхода.

Их исследование позволило провести анализ новых наноматериалов в режиме реального времени, что дало понимание процесса связывания кислорода с платиной и влияния переноса электронов между платиной и другими металлами на эффективность и производительность катализатора. Повышение каталитических характеристик платины и увеличение долговечности катализатора позволит не только снизить зависимость от дефицитных и дорогих материалов, но и увеличить общую эффективность и срок службы топливных элементов с протонообменной мембраной (PEMFC).

Результаты этого исследования могут позволить сделать топливные элементы более экономически жизнеспособными и экологически чистыми, что способствует их более широкому внедрению в различные отрасли. Например, в транспортной сфере топливные элементы могут заменить традиционные источники энергии и снизить выбросы вредных веществ. Кроме того, они могут быть использованы в производстве электроэнергии, что поможет уменьшить зависимость от ископаемых источников и снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Источник:
Ali Feizabadi et al, Cobalt-Doped Pd@Pt Core–Shell Nanoparticles: A Correlative Study of Electronic Structure and Catalytic Activity in ORR, The Journal of Physical Chemistry C (2023). DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c04274

Роботы из гидрогеля для транспортировки лёгких грузов

Команда исследователей из Университета Ватерлоо продолжает вести передовые исследования в области разработки медицинских микророботов.

Они разработали микророботов, которые позволяют проводить различные медицинские процедуры, такие как биопсия и транспортировка клеток и тканей, с минимальным воздействием на организм. Их размеры не превышают одного сантиметра, и они созданы из биосовместимых и нетоксичных материалов.

Одной из ключевых особенностей этих роботов является их способность перемещаться внутри замкнутых и затопленных сред, таких как человеческое тело, и доставлять деликатные грузы, такие как клетки или ткани, в нужное место. Это открывает новые возможности в области медицинской диагностики и лечения.

Основой для создания этих мягких роботов являются современные гидрогелевые композиты, содержащие устойчивые наночастицы целлюлозы, полученные из растений. Гидрогель, используемый в исследовании, обладает способностью изменять свою форму под внешним химическим воздействием. Это позволяет исследователям программировать изменение формы роботов, что является ключевым фактором для создания функциональных медицинских устройств.

Другой удивительной особенностью этого интеллектуального материала является его способность самовосстанавливаться. Это означает, что исследователи могут разрезать материал и склеивать его вместе, не используя клей или другие вещества, чтобы придать разные формы для различных медицинских процедур. Это открывает новые возможности для создания микророботов с разнообразными функциями.

Профессор Хамед Шахсаван, директор лаборатории "Умные материалы для передовых робототехнических технологий" (SMART-Lab), отмечает, что их исследование объединяет старые и новые методы. Они используют традиционные мягкие материалы, такие как гидрогели, жидкие кристаллы и коллоиды, для создания новых микророботов.

Источник:
Расул Нассери и др., Программируемые нанокомпозиты целлюлозных нанокристаллов и цвиттер-ионных гидрогелей для мягкой робототехники (Rasool Nasseri et al, Programmable nanocomposites of cellulose nanocrystals and zwitterionic hydrogels for soft robotics), Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41874-7

Очередная оптическая нейросеть

Группа исследователей из Мюнстерского университета, в сотрудничестве с учеными из университетов Эксетера и Оксфорда в Великобритании, провела исследование, в котором использовала сеть из почти 8400 оптических нейронов. Эти нейроны состояли из материала с фазовым переходом, соединенного с волноводом.

В отличие от других подобных исследований, синапсы не были аппаратными элементами, а были закодированы в результате свойств оптических импульсов, другими словами, в результате соответствующей длины волны и интенсивности оптического импульса. Это позволило объединить несколько тысяч нейронов на одном чипе и соединить их оптически.

Результаты исследования показали, что связи между нейронами действительно могут усиливаться или ослабевать, а также могут образовываться новые связи или разрушаться существующие. Это демонстрирует синаптическую и структурную пластичность, которая является важной характеристикой нейронных сетей.

Основное отличие этого исследования заключается в том, что синапсы не были аппаратными элементами, а были закодированы в результате свойств оптических импульсов. Это открывает новые возможности для создания более эффективных и энергоэффективных компьютерных моделей, основанных на принципах биологических нейронных сетей.

Использование фотонных процессоров и оптических импульсов позволяет значительно увеличить скорость обработки данных и снизить энергопотребление. Это особенно важно для сложных задач искусственного интеллекта, которые требуют больших вычислительных мощностей. Новая архитектура, основанная на оптической обработке данных, может стать прорывом в развитии компьютерных систем и открыть новые возможности для применения искусственного интеллекта в различных областях, включая медицину, автономные транспортные средства, робототехнику и многое другое.

Источник:
Франк Брюкерхофф-Плюкельманн и др., Адаптивная оптическая нейронная сеть, управляемая событиями (Frank Brückerhoff-Plückelmann et al, Event-driven adaptive optical neural network), Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adi9127

Искусственный интеллект предсказывает будущее искусственного интеллекта

В последние годы исследования в области искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО) стремительно развиваются, и количество научных публикаций по этой теме растет в геометрической прогрессии. Однако для исследователей становится все сложнее отслеживать и быть в курсе всех достижений в этой области.

Решение этой проблемы нашло международная группа ученых под руководством Марио Кренна из Института науки о свете Макса Планка. Они разработали инновационный алгоритм искусственного интеллекта, который помогает исследователям систематически ориентироваться в огромном объеме научных публикаций и прогнозировать развитие их собственной области исследований.

Этот алгоритм, названный Science4Cast, представляет собой графический инструмент, позволяющий исследователям задавать вопросы о будущем развитии исследований в области ИИ. Он был создан на основе более 50 статей, поданных на конкурс, объявленный международной исследовательской группой. Целью конкурса было уловить и спрогнозировать развитие научных концепций в области ИИ и определить, какие темы будут в центре внимания будущих исследований.

Марио Кренн и его команда изучили различные методы, используемые в конкурсных работах, и пришли к интересным выводам. Оказалось, что наиболее эффективные методы основаны на тщательно подобранном наборе сетевых функций, а не на непрерывном подходе ИИ. Это открывает значительный потенциал для применения чистых методов машинного обучения без участия человека.

Science4Cast представляет собой графическое представление знаний, которое становится все более сложным по мере публикации большего количества научных статей. Благодаря этому инструменту исследователи могут легко ориентироваться в множестве публикаций и прогнозировать будущее развитие исследований ИИ в своей области.

Источник:
Марио Кренн и др., Прогнозирование будущего искусственного интеллекта с помощью прогнозирования ссылок на основе машинного обучения в экспоненциально растущей сети знаний (Mario Krenn et al, Forecasting the future of artificial intelligence with machine learning-based link prediction in an exponentially growing knowledge network), Nature Machine Intelligence (2023). DOI: 10.1038/s42256-023-00735-0

На пути к программируемой материи: исследования анизотропных активных частиц

Исследование систем, состоящих из самодвижущихся частиц, представляет собой увлекательную область исследований, которая быстро развивается. Обычно в теоретических моделях активных частиц предполагается, что их скорость плавания всегда одинакова. Однако недавние эксперименты показали, что это не всегда так. Например, частицы, приводимые в движение ультразвуком для медицинских целей, имеют скорость, зависящую от их ориентации.

Группа физиков из Мюнстерского университета и Кембриджского университета провела совместное исследование, используя компьютерное моделирование и теоретические выводы. Они изучили поведение систем, состоящих из множества активных частиц, скорость которых зависит от ориентации. В ходе исследования они обнаружили несколько новых эффектов, что делает это исследование особенно интересным с точки зрения физики.

Одним из удивительных результатов исследования является способность систем, состоящих из многих активных частиц, спонтанно образовывать кластеры, даже если отдельные частицы не притягивают друг друга. В ходе моделирования движения частиц исследователи обнаружили неожиданный феномен. Вместо того, чтобы частицы оставались в кластерах, они постоянно выходят из них с одной стороны и возвращаются с другой, создавая постоянный поток частиц. Это отличает такие системы от "нормальных" случаев.

Эти новые результаты позволяют лучше понять поведение систем активных частиц и их взаимодействие. Понимание этих процессов может иметь важные практические применения, особенно в медицинских науках. Например, это может помочь в разработке новых методов доставки лекарств или улучшении процессов фильтрации в микросистемах.

Источник:
Стефан Брокер и др., Зависимое от ориентации движение активных броуновских сфер: от самодвижения к программируемым формам кластеров (Stephan Bröker et al, Orientation-Dependent Propulsion of Active Brownian Spheres: From Self-Advection to Programmable Cluster Shapes), Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.168203

Студенческий проект: самый большой квадрокоптер из картона

Инженеры Манчестерского университета создали нечто поистине уникальное - самый большой в мире квадрокоптер, изготовленный из пенокартона. Этот материал, оказался идеальным для создания легких и прочных конструкций. Новый дрон получил название Giant Foamboard Quadcopter (GFQ) и имеет размеры 6,4 метра от угла до угла. Его вес составляет 24,5 кг, что на полкилограмма меньше предельного веса, установленного Управлением гражданской авиации.

Уникальность GFQ заключается не только в его размерах, но и в инновационном дизайне. Четыре рычага дрона представляют собой полые коробчатые конструкции, которые могут быть легко сняты для транспортировки. Это позволяет удобно перемещать дрон и использовать его в различных условиях.

Проект создания GFQ начался как любопытное предприятие, призванное вдохновить студентов на творческий подход к дизайну. Основная идея заключалась в использовании недорогого и экологически чистого материала для создания легких аэрокосмических конструкций. Пенопласт, в отличие от углеродного волокна, может быть легко переработан или даже компостирован, что делает его более устойчивым с точки зрения экологии.

Исследователи надеются, что создание самого большого дрона-квадрокоптера в мире из пенопласта станет важным шагом в направлении устойчивого развития. Эта демонстрация показывает, что можно создавать сложные аэрокосмические конструкции, используя альтернативные материалы, которые не только экологичны, но и обладают достаточной прочностью.

Дэн Конинг, инженер-исследователь из Манчестерского университета, выразил свое восхищение пенопластом как материалом для работы. Он отмечает, что благодаря правильному использованию этого материала можно создавать индивидуально спроектированные компоненты аэрокосмических конструкций. Главной целью было создание дрона, достаточно прочного для выполнения своих функций, но при этом без чрезмерной инженерии.

Магнитные микророботы для хирургических манипуляций

Микророботы, созданные исследователями из Лаборатории хирургической робототехники Университета Твенте, представляют собой объекты размером всего 1 миллиметр и могут работать совместно, чтобы выполнять сложные задачи в трехмерной среде.

Одним из главных достижений исследователей является способность микророботов поднимать, перемещать и собирать пассивные объекты. Это открывает возможности для проведения операций внутри человеческого тела, где хирургам сложно достичь нужной области. В будущем, эти микророботы смогут проникать внутрь организма и выполнить операцию, что сделает хирургические вмешательства более точными и безопасными.

Интересно отметить, что поведение микророботов напоминает взаимодействие обычных магнитов. Когда они подходят слишком близко, они начинают слипаться. Однако исследователи нашли способ использовать это естественное влечение в своих интересах. С помощью специального контроллера команда может перемещать отдельных роботов и заставлять их взаимодействовать друг с другом. Это позволяет достичь трехмерной манипуляции объектами внутри организма.

Кроме того, эти микророботы биосовместимы и могут быть управляемыми в труднодоступных и закрытых помещениях. Это открывает перспективы для биомедицинских исследований и приложений. Удаленное манипулирование биомедицинскими образцами без их загрязнения может улучшить существующие процедуры и создать новые возможности.

Источник:
Франко Н. Пиньян Басуальдо и др., Совместные магнитные агенты для захвата трехмерных микророботов (Franco N. Piñan Basualdo et al, Collaborative Magnetic Agents for 3D Microrobotic Grasping), Advanced Intelligent Systems (2023). DOI: 10.1002/aisy.202300365

Новый алюминиевый сплав для 3D-печати с невероятной усталостной прочностью

Усталостные разрушения материалов являются одной из главных проблем, с которыми сталкиваются в самых различных отраслях промышленности, включая авиацию, автомобилестроение и системы производства энергии. Однако, недавние исследования, проведенные Городским университетом Гонконга и Шанхайским университетом Цзяо Тун, привели к созданию алюминиевого сплава, обладающего уникальной стойкостью к усталости, с использованием передовых технологий 3D-печати.

Профессор Лу Цзянь, декан инженерного колледжа и директор Гонконгского филиала Национального исследовательского центра материаловедения драгоценных металлов, руководил этим исследованием. Он отметил, что усталостное разрушение является одной из главных проблем, влияющих на срок службы и надежность динамических механических систем. Обычные металлы, как правило, демонстрируют усталостную прочность на уровне менее половины их предела прочности на растяжение.

Недостаточная усталостная прочность обусловлена наличием масштабных дефектов в материалах, которые продолжают развиваться при циклическом нагружении, образуя трещины, которые со временем становятся все больше и приводят к разрушению структуры материала. Эта проблема особенно присуща сплавам, полученным с помощью 3D-печати, что ограничивает их применение.

Однако благодаря новому подходу, разработанному в результате совместных исследований учёных, удалось улучшить усталостную стойкость сплавов, полученных с помощью 3D-печати. Этот подход может быть применен не только к алюминиевым сплавам, но и к другим материалам, используемым в различных отраслях промышленности.

Подход заключается в использовании лазерного напыления в порошковом слое (LPBF) — одной из наиболее широко используемой технологий аддитивного производства металлов — для успешного изготовления нового алюминиевого сплава из порошков AlSi10Mg, легированного наночастицами TiB2. Усталостная стойкость этого сплава (сплав NTD-Al) более чем в два раза выше, чем у других алюминиевых сплавов, изготовленных 3D-печатью, и превосходит показатели высокопрочных деформируемых алюминиевых сплавов.

Команда использовала микрокомпьютерную томографию для исследования сплава NTD-Al и обнаружила по всему образцу непрерывную 3D-двухфазную ячеистую наноструктуру, которая состояла из сетки затвердевающих ячеистых структур со средним диаметром около 500 нанометров. 3D-двухфазная ячеистая наноструктура действует как прочный каркас, предотвращающий локальное накопление повреждений, препятствуя возникновению усталостных трещин.

В ходе серии испытаний на усталость исследовательская группа обнаружила, что напечатанный объемный сплав NTD-Al достиг усталостной прочности в 260 МПа, что более чем вдвое превышает показатели других алюминиевых сплавов аддитивного производства. Высокий предел усталостной прочности объемного сплава NTD-Al превзошел предел усталостной прочности всех других алюминиевых сплавов, включая обычные высокопрочные деформируемые алюминиевые сплавы с ограниченными металлургическими дефектами.

Использование передовых технологий 3D-печати позволяет создавать легкие компоненты с повышенной эффективностью нагружения, что имеет огромное значение для различных отраслей промышленности. Благодаря этой новой стратегии, разработчики смогут создавать более прочные и долговечные металлические компоненты, что приведет к улучшению надежности и срока службы механических систем.

Источник:
Чэньи Дан и др., Достижение сверхвысокой усталостной стойкости сплава AlSi10Mg с помощью аддитивного производства (Chengyi Dan et al, Achieving ultrahigh fatigue resistance in AlSi10Mg alloy by additive manufacturing), Nature Materials (2023). DOI: 10.1038 /s41563-023-01651-9

Лазерная цветная металлургия на примере выплавки цинка в Китае

Цветная металлургия в Китае имеет значительную долю в общем загрязнении окружающей среды, особенно из-за выбросов углекислого газа. Тем не менее, даже в Китае всё же задумываются над экологичностью, и с целью достижения углеродной нейтральности до 2060 года, учёные предлагают новый подход к производству цинка, который может снизить выбросы парниковых газов.

В недавно опубликованной статье в Frontiers of Environmental Science & Engineering, исследователи предлагают использовать лазерно-индуцированную фоторедукцию для выплавки цинка вместо традиционных методов, таких как высокотемпературный обжиг и электролиз. Цинковая промышленность в Китае является одной из основных причин выбросов углекислого газа и образования опасных твердых отходов.

Новый метод оптической металлургии, предложенный исследователями, позволяет разложить сфалерит - основной исходный материал для производства электролитического цинка - с использованием лазеров. Этот метод не только обеспечивает получение металла высокой чистоты, но и снижает выбросы парниковых газов и загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, которые обычно возникают при традиционном электролизе цинка.

Для проверки эффективности лазерно-индуцированного разложения сфалерита, исследователи разработали экспериментальное устройство, включающее лазер, линзу, вакуумную камеру и фотоаппарат. Вакуумная камера играет важную роль в предотвращении вмешательства кислорода, что повышает эффективность процесса.

Этот новый метод переработки цинка может иметь значительные положительные последствия для окружающей среды и здоровья людей. Кроме того, использование лазеров вместо высокотемпературного обжига и электролиза может сэкономить энергию и ресурсы, что важно для достижения целей Китая по углеродной нейтральности.

Источник:
Ин Чен и др., Прямое получение металлического цинка с использованием лазерно-индуцированного цинка для устранения выбросов углерода при электролизном производстве цинка (Ying Chen et al, Direct generation of Zn metal using laser-induced ZnS to eradicate carbon emissions from electrolysis Zn production), Frontiers of Environmental Science & Engineering (2023). DOI: 10.1007/s11783-024-1767-8

Роботы-слухачи, определяющие местоположение людей по звукам

Роботы, способные безопасно сосуществовать с людьми, должны иметь возможность обнаруживать и определять их местоположение, чтобы избежать возможных столкновений и несчастных случаев. Ученые из Технологического института Джорджии предложили новый подход к определению местоположения людей с помощью едва различимых звуков, которые они издают при передвижении. Этот метод основан на алгоритмах машинного обучения и может быть применен к различным роботизированным системам.

Исследователи создали набор данных под названием "Robot Kidnapper", который содержит 14 часов высококачественных аудиозаписей и видеозаписей, полученных с помощью камеры 360 RGB. Эти записи были сделаны во время экспериментов, в которых участникам предлагалось передвигаться вокруг робота различными способами. Этот набор данных позволил ученым эффективно обучить свои алгоритмы машинного обучения.

Метод акустической локализации, разработанный исследователями, предлагает новый подход к определению местоположения людей без необходимости издавать посторонние звуки, такие как разговоры или хлопки. Вместо этого использовались незаметные и случайные звуки, которые люди непреднамеренно издают при движении, в качестве "свободного" сигнала для определения их местоположения.

Роботы, оснащенные этой технологией, смогут безопасно передвигаться в общественных местах, таких как торговые центры или аэропорты, избегая столкновений с людьми. Они смогут также адаптироваться к изменяющейся среде и обнаруживать людей, даже если они находятся в движении или скрыты от визуального обнаружения.

Источник:
Mengyu Yang et al., Робот, которого нельзя похитить: акустическая локализация крадущихся людей (Mengyu Yang et al, The Un-Kidnappable Robot: Acoustic Localization of Sneaking People), arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2310.03743

Поиски сверхпроводимости в углеродных материалах

Исследование, проведенное учеными из Шэньчжэньского института передовых технологий, открывает новые перспективы в области высокотемпературной сверхпроводимости. Они сфокусировались на углеродных материалах и рассмотрели новые структуры сетчатых клеток, которые демонстрируют потенциал для высокотемпературной сверхпроводимости.

Используя вычислительные модели, исследователи разработали две новые углеродные структуры, названные C24 и C32, которые обладают особыми свойствами. Эти структуры имеют сетчатую форму и образуют кристаллические структуры, соединенные общими поверхностями.

Было обнаружено, что кристаллы сетчатой структуры C24, легированные металлами Na, Mg, Al, In и Tl, проявляют сверхпроводимость при температурах, превышающих 100 Кельвин. Это значительно превосходит температуры сверхпроводящего перехода обычных углеродных материалов, таких как алмаз, графен, углеродные нанотрубки и фуллерены.

Эти результаты открывают новые перспективы в области разработки высокотемпературных сверхпроводников на основе углерода. Углеродные материалы уже считаются материалами будущего, и сейчас исследования ведутся с целью улучшения их сверхпроводящих свойств.

Если ученым удастся дальше развить эти сетчатые структуры и найти способы стабилизировать высокотемпературную сверхпроводимость, это может привести к революционным изменениям в области энергетики и магнитных материалов. Высокотемпературные сверхпроводники могут быть использованы в создании более эффективных энергетических систем и передаче электроэнергии без потерь.

Источник:
Ю-Лонг Хай и др., Сверхпроводимость выше 100 К, предсказанная в сети углеродных клеток (Yu‐Long Hai et al, Superconductivity Above 100 K Predicted in Carbon‐Cage Network), Advanced Science (2023)). DOI: 10.1002/advs.202303639

Акустическое зрение для слабовидящих

Австралийские учёные разработали передовую технологию для людей с ограниченными возможностями - очки, которые позволяют слепым и слабовидящим людям "видеть" с помощью звуков. Инновационное изобретение получило название "акустическое прикосновение", и оно имеет потенциал изменить жизнь миллионов людей с инвалидностью по зрению по всему миру.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, около 39 миллионов людей страдают от полной слепоты, а еще 246 миллионов имеют проблемы со зрением, что существенно ограничивает их возможности в повседневной жизни. Умные очки нового поколения, разработанные исследователями из Сиднейского технологического университета и Сиднейского университета совместно с стартапом ARIA Research, представляют собой инновационное решение этой проблемы.

Традиционные умные очки используют компьютерное зрение и другую сенсорную информацию для преобразования окружающей среды пользователя в компьютерно-синтезированную речь. Однако технология акустического прикосновения идет дальше, создавая уникальные звуковые представления объектов, когда они попадают в поле зрения устройства. Например, звук шелеста листьев может указывать на растение, а жужжание - на мобильный телефон. Это позволяет слепым и слабовидящим людям получать более детальную и точную информацию о своей окружающей среде.

Доктор Хоу Чжу из Сиднейского технологического университета провел исследование эффективности и удобства использования технологии акустического прикосновения для помощи слепым людям. В исследовании приняли участие 14 человек, включая семь слепых или слабовидящих и семь зрячих людей с завязанными глазами в качестве контрольной группы. Результаты показали, что носимое устройство с технологией акустического прикосновения существенно улучшило способность слепых и слабовидящих людей распознавать объекты и дотягиваться до них, не требуя при этом излишних усилий.

Источник:
Хоу Юань Чжу и др., Исследование эффективности использования акустического прикосновения для помощи слепым людям (Howe Yuan Zhu et al, An investigation into the effectiveness of using acoustic touch to assist people who are blind), PLOS ONE (2023). DOI: 10.1371/journal.pone.0290431

Роботизированный хобот

В лаборатории CREATE EPFL под руководством Джози Хьюз разработали мягкий роботизированный манипулятор, похожий на хобот слона, и назвали это урезанным геликоидом. Конструкция действительно была вдохновлена движениями хоботов слонов и щупалец осьминогов, и обладает большей податливостью и контролем по сравнению с традиционными жесткими роботами.

Исследователи команды CREATE объединили биологическое наблюдение и компьютерное моделирование, чтобы создать мягкую руку робота, способную выполнять сложные задачи и обеспечивать безопасное взаимодействие с людьми. Этот подход позволяет более эффективно сочетать гибкость и точность, что снижает потенциальные риски при работе с роботом.

Мягкая рука робота CREATE предназначена для безопасного взаимодействия с людьми и адаптируемости к различным задачам. Ее гибкость и податливость позволяют адаптироваться к разным формам и поверхностям, делая ее идеальным инструментом для выполнения сложных задач, таких как сбор фруктов или обращение с хрупкими предметами.

Применение этой технологии может быть широким. В здравоохранении она может использоваться для более бережного обращения с пациентами. В сфере ухода за пожилыми людьми мягкая рука робота может помочь в выполнении различных задач, уменьшая нагрузку на персонал и повышая уровень комфорта.

Промышленность также может воспользоваться преимуществами мягкой руки робота CREATE. Она может быть использована на деликатных сборочных линиях, где роботы работают вместе с людьми, увеличивая производительность и снижая риск повреждения изделий.

В сельском хозяйстве такая роботизированная рука может быть полезна для бережного обращения с посевами и уборкой урожая. Роботы могут сопровождать рабочих, снижая их рабочую нагрузку в периоды интенсивной работы.

Источник:
Цинхуа Гуан и др., Обрезанные геликоиды: архитектурная мягкая структура, позволяющая создавать мягких роботов с высокой точностью, большим рабочим пространством и совместимыми взаимодействиями (Qinghua Guan et al, Trimmed helicoids: an architectured soft structure yielding soft robots with high precision, large workspace, and compliant interactions), npj Robotics (2023). DOI: 10.1038/s44182-023-00004-7

Осязание для роботов: новый гибкий датчик

Новый мягкий датчик, созданный исследователями UBC и Honda, представляет собой умное устройство, способное растягиваться и реагировать на множество прикосновений. Этот датчик имеет огромный потенциал в области робототехники и протезирования, так как он может быть нанесен на поверхность протезной руки или роботизированной конечности, придавая им чувствительность и ловкость.

Одной из главных особенностей этого датчика является его мягкость, которая делает его ощущение на ощупь схожим с человеческой кожей. Это позволяет создавать более безопасные и реалистичные взаимодействия между людьми и роботами или протезами. Доктор Мирза Сакиб Сарвар, автор исследования, подчеркивает, что датчик способен воспринимать различные типы сил, что позволяет роботизированной руке ловко реагировать на тактильные стимулы. Например, она сможет удерживать хрупкие предметы, не опасаясь раздавить или ронять их.

Основной материал, используемый в датчике, - силиконовая резина, которая обладает гибкостью, схожей с человеческой кожей. Это позволяет датчику сгибаться и морщиться, а также обнаруживать объекты при помощи слабых электрических полей, подобно сенсорным экранам. Однако, в отличие от сенсорных экранов, этот датчик способен обнаруживать силы как внутри, так и вдоль своей поверхности. Такая комбинация свойств делает его идеальным для использования в роботах, которые взаимодействуют с людьми.

Проект был реализован командой UBC при сотрудничестве с Frontier Robotics и исследовательским институтом Honda. Компания Honda известна своими инновационными разработками в области гуманоидной робототехники. Совместная работа позволила создать уникальный датчик, который открывает новые возможности в области робототехники и протезирования.

Источник:
Мирза С. Сарвар и др., Прикосновение, нажатие и поглаживание: мягкая емкостная сенсорная кожа (Mirza S. Sarwar et al, Touch, press and stroke: a soft capacitive sensor skin), Scientific Reports (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-43714-6

LOKI - студенческий настольный ускоритель частиц.

Недавно команда студентов-инженеров представила инновационное устройство под названием LOKI - настольный ускоритель частиц. Это устройство было разработано для проведения контролируемых испытаний с целью изучения, как различные материалы ведут себя при попадании в них микрометеороидов. Исследование, опубликованное в Международном журнале студенческих отчетов о проектах, указывает на то, что LOKI может быть полезным инструментом при проектировании космических аппаратов и спутников, которые могут столкнуться с микрометеороидами и космическим мусором.

Команда ученых объясняет, что LOKI способен ускорять мельчайшие частицы, чтобы имитировать поведение микрометеороидов. Устройство может разгонять эти частицы до скоростей почти до километра в секунду в вакууме, что составляет около 14 000 км/ч. Первые тесты показали, что команда достигла скоростей частиц до 12 000 км/ч. Для наблюдения за воздействием этих частиц на различные материалы, включая полиимид и пластик, команда использовала высокоскоростную видеосъемку. В результате были обнаружены классические ударные кратеры, образовавшиеся при столкновениях на сверхвысоких скоростях.

LOKI предлагает практичность, гибкость и экономичность, что делает его ценным инструментом для таких исследований. По оценкам команды, стоимость одного теста составляет всего лишь 200 долларов США. Это позволяет исследователям более детально изучать влияние микрометеороидов на аэрокосмические материалы, которые используются в космических приложениях, включая освоение космоса.

Источник:
Сабина Фьюрер и др., Разработка взрывного ускорителя микрочастиц для имитации ударов микрометеороидов в космосе (Sabine Fuierer et al, Design of an explosive micro-particle accelerator to simulate micrometeoroid impacts in space), International Journal of Student Project Reporting (2023). DOI: 10.1504/IJSPR.2023.134223

Открытие уникальных свойств пятислойного ромбоэдрического графена

В последних исследованиях физики из Массачусетского технологического института (MIT) сотрудничали с другими учеными и достигли удивительных результатов в области материаловедения. Они метафорически превратили обычный графит, известный как карандашный грифель, в золото, создав пятислойный ромбоэдрический графен с уникальными свойствами.

Графит, состоящий из слоев графена, был изучен в течение длительного времени, но исследователям удалось обнаружить новые свойства, которые ранее не наблюдались. Работа, опубликованная в журнале Nature Nanotechnology, описывает, как ученые смогли создать материал, обладающий тремя важными свойствами, которые ранее считались недостижимыми для графита.

Доцент физического факультета MIT, Лонг Джу, руководил этим исследованием и подчеркивает его значимость. Он говорит: "Мы никогда не осознавали, что все эти интересные вещи заключены в графите. Это похоже на универсальную покупку". Джу также отмечает, что материалы с таким количеством свойств встречаются крайне редко.

Ромбоэдрический графен представляет собой пятислойную структуру, где атомы углерода расположены в шестиугольниках, напоминающих ячеистую структуру. Этот материал является объектом интенсивных исследований уже несколько лет, но только недавно ученые обнаружили, что складывание отдельных листов графена и скручивание их под определенным углом может придать материалу новые свойства. Это привело к появлению новой области исследований, названной "твистроника".

Однако в новом исследовании ученые обнаружили интересные свойства без необходимости скручивания. Путем укладки пяти слоев графена в определенном порядке они смогли добиться взаимодействия электронов, движущихся внутри материала. Это явление, известное как электронная корреляция, открывает двери для ряда новых свойств и приносит новый взгляд на возможности графита.

"Мы обнаружили, что материал может быть изолирующим, магнитным или топологическим", - говорит Джу. Последнее в какой-то степени связано как с проводниками, так и с изоляторами. По сути, объясняет Джу, топологический материал допускает беспрепятственное движение электронов по краям материала, но не через середину. Электроны движутся в одном направлении по "шоссе" на краю материала, разделенном медианой, которая составляет центр материала. Таким образом, край топологического материала является идеальным проводником, в то время как центр - изолятором.

"Наша работа устанавливает ромбоэдрический многослойный графен в качестве высоконастраиваемой платформы для изучения этих новых возможностей сильно коррелированной и топологической физики", - заключают Джу и его соавторы.

Источник:
Тонханг Хан и др., Коррелированный изолятор и изоляторы Черна в пятислойном ромбоэдрическом графене (Tonghang Han et al, Correlated insulator and Chern insulators in pentalayer rhombohedral-stacked graphene), Nature Nanotechnology (2023). DOI: 10.1038/s41565-023-01520-1

Новая "частотная расческа" позволяет идентифицировать молекулы на 20-наносекундных снимках

Частотные расчески, известные также как частотные гребенки, представляют собой инновационные лазерные системы, способные идентифицировать конкретные молекулы с невероятной точностью и чувствительностью. Они уже нашли применение в различных областях, начиная от мониторинга концентраций парниковых газов и заканчивая обнаружением COVID-19 в дыхании. Однако, до недавнего времени, частотные гребенки имели ограничения в скорости фиксации высокоскоростных процессов, таких как гиперзвуковое движение или сворачивание белков.

Недавние исследования, проведенные совместно Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), Toptica Photonics AG и Университетом Колорадо в Боулдере, привели к разработке новой системы частотной гребенки. Эта система способна обнаруживать присутствие определенных молекул в образце каждые 20 наносекунд, что эквивалентно миллиардной доле секунды. Это означает, что исследователи теперь могут получить более детальное представление о промежуточных этапах быстро протекающих процессов, начиная от работы гиперзвуковых реактивных двигателей и заканчивая химическими реакциями в клетках.

В эксперименте исследователи использовали двухчастотную гребенку, которая состоит из двух лазерных лучей, работающих вместе для определения спектра цветов, поглощаемых молекулой. Отличительной особенностью этого эксперимента является использование более простой и дешевой установки, известной как "электрооптические гребенки". В этой установке один непрерывный пучок света разделяется на два луча, а затем электронный модулятор создает электрические поля, изменяющие каждый световой луч и формирующие отдельные "зубцы" частотной гребенки.

Это новое достижение открывает новые возможности для исследователей, позволяя им получить более глубокое понимание быстро протекающих процессов, которые ранее были недоступны. Открытия, сделанные этой исследовательской группой, были опубликованы в престижном журнале Nature Photonics, подчеркивая их важность и потенциальное влияние на различные области науки и технологий.

Источник:
Лонг Д.А. и др. Спектроскопия поглощения с двойным гребенчатым разрешением с наносекундным временным разрешением (Long, D.A. et al. Nanosecond time-resolved dual-comb absorption spectroscopy), Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01316-8