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

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

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

Графен и Графит - разница всё более размыта!

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

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

Внимание, друзья! Важное объявление!

У меня наконец появился Boosty!!!

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

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

Всем заранее СПАСИБО!

https://boosty.to/ingenium

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

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

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

Передовые AMOLED - это не предел, однако путь тернист

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ИИ начал тупеть. Или может стареть.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Работы по усовершенствованию литиевых аккумуляторов не прекращаются.

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

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

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

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

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

Достигнута рекордная емкость суперконденсатора.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В Италии для железнодорожников сделали лёгкий и производительный экзоскелет

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

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

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

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

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

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

Эвольвентные зубчатые колёса? Есть кое-что получше!

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

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

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

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

Новый сферический ультразвуковой двигатель. Что ещё за зверь?

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

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

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

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

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

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

Индийские учёные построили робота-медузу

Недавно исследовательская группа из Индийского технологического института в Индоре и Индийского технологического института в Джодхпуре представила нового робота, вдохновленного биотехнологией медуз. Этот гибкий робот-медуза был разработан для использования в удаленном наблюдении за морской жизнью и других подводных задачах.

Исследователи использовали полиимидный материал Kapton для создания симметричной структуры, напоминающей тело медузы диаметром 25 см. Затем они вставили провода сплава с памятью формы (SMA) в отверстия, пробитые в структуре, и закрепили их на месте с помощью полиамидной ленты. Концы проводов были соединены с центром тела робота с помощью резиновых нитей, чтобы создать щупальца. Исследователи провели моделирование и эксперименты, чтобы изучить движение робота-медузы. Они изменяли диаметры и частоты проводов SMA, измеряли смещение и скорость щупалец, а также оценивали силу тяги.

Прототип робота успешно демонстрировал горизонтальное движение со скоростью 10 мм/с и вертикальное движение со скоростью 0,2 мм/с. Этот новый робот-медуза имеет множество потенциальных применений. Он может использоваться для мониторинга и исследования подводной среды, а также для решения различных проблем, связанных с навигацией под водой. Благодаря своей гибкой и легкой конструкции, робот может проникать в узкие пространства и обеспечивать доступ к местам, к которым трудно достать другими средствами. Это только начало разработки данного робота, и в будущем он может быть улучшен и адаптирован для конкретных приложений.

Исследователи также рассматривают возможность коммерциализации данной технологии. Внедрение роботов-медуз в реальные задачи поможет эффективно решать проблемы, связанные с подводной навигацией и мониторингом. Исследователи подчеркивают, что их метод успешно имитирует движение медуз и может быть применен в подводных приложениях. Они также отмечают, что прототип робота оснащен камерой и датчиком сонара для обнаружения объектов под водой. Это делает его полезным инструментом для исследования подводной среды и сбора данных.

В целом, разработка робота-медузы представляет собой значительный шаг вперед в области подводной робототехники. Его гибкость, легкость и способность имитировать движение медуз делают его многообещающим инструментом для исследования и мониторинга подводного мира.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-polyamide-based-soft-jellyfish-robot-actuated.html

NASA разработала уникальную установку ComPair для обнаружения космических гамма-всплесков

Установка предназначена для обнаружения космических гамма-всплесков с удельной энергией от 200 000 до 20 миллионов электрон-вольт.

Устройство будет запущено на стратостате на высоту 40 км, чтобы обеспечить наилучшие условия для обнаружения космических гамма-всплесков. ComPair оснащен четырьмя компонентами, которые работают совместно для обработки входящих гамма-лучей. Первый компонент - инструмент с 10 слоями кремниевых детекторов, который определяет общее положение входящего гамма-излучения. Второй компонент - калориметр высокого разрешения, который измеряет гамма-лучи, подвергшиеся комптоновскому рассеянию. Третий компонент - калориметр, который измеряет излучения, связанные с образованием пар. Наконец, имеется детектор антисовпадений, который помогает отличить гамма-излучение от других видов пучков частиц высокой энергии.

Комптоновское рассеяние и образование пар - это ключевые процессы, используемые ComPair для идентификации и измерения гамма-излучения. Комптоновское рассеяние возникает при взаимодействии фотонов с электронами, а образование пар происходит, когда гамма-фотон достигает атомного ядра и образуется электрон-позитронная пара.

Главный разработчик прибора Кэролин Киранс выразила надежду, что после успешного испытательного полета на воздушном шаре, будущие версии технологий ComPair будут использоваться в космических миссиях. Это открывает новые перспективы для исследования гамма-всплесков и расширения наших знаний о событиях, происходящих в нашей Вселенной.

Источник: https://www.space.com/nasa-hunt-deep-space-gamma-rays-balloon-mission-compair

Учёные хотят провести электричество в Африку.

Вот так, на дворе 21й век, а целый континент без электричества живёт. Это, конечно же, не соответствует действительности, электричество в Африке есть, иначе с ними совсем не было бы связи, экономики, туда нереально было бы добраться и всё такое. Однако доступ к электричеству в Африке крайне неравномерный, население многих стран живет в крайней нищете, которое усугубляется трудным доступом к электроэнергии.

Эксперты в области экономики и инженерии из Китая, Турции и Нигерии решили решить эту проблему и предложили построить электрическую сеть в Африке к югу от Сахары, охватывающую 12 стран.

В своей статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, они описали страны, которые будут участвовать в проекте, факторы, которые будут учтены при построении сети, а также предполагаемые затраты. Речь идёт о пока что исключительно предложении, основанном на математическом моделировании.

Предлагаемая сеть будет пролегать через северные части континента горизонтально, а затем двигаться на юг вдоль восточного побережья, включая страны вплоть до Южной Африки. Среди включенных стран будут Южная Африка, Мозамбик, Бурунди, Танзания, Кения, Уганда, Эфиопия, Судан, Чад, Нигерия, Нигер и Мали.

Для оценки затрат на строительство такой сети команда провела несколько сценариев, в которых использовались методы производства электроэнергии на основе возобновляемых ресурсов, а не полагались на угольные электростанции, которые преобладают в настоящее время. Затем они использовали симулятор EnergyPLAN, который был разработан в 2000 году и обновлен для нескольких проектов в Африке, чтобы ввести все необходимые данные.

Команда также предоставила график внедрения сети - до 2030 или 2040 года. На основе моделирования исследователи обнаружили, что общий спрос на электроэнергию для сети составит около 700 ТВтч/год к 2030 году и 800 ТВтч/год к 2040 году. Они отметили, что почасовая потребность в сети будет варьироваться от 40 до 120 ГВт. Затраты на проект оцениваются в диапазоне (приготовьтесь) от полутора триллионов до чуть менее трех триллионов долларов.

Источник: https://techxplore.com/news/2023-07-sub-saharan-africa-electrical-grid-countries.html

Учёные обратили внимание на хитин в качестве уникального биомеханического материала. И всё благодаря бабочкам!

Крылья бабочки - это удивительное творение природы, состоящее из хитина, органического полимера, который также является основным компонентом панцирей членистоногих. Когда бабочка вылупляется из своего кокона, она медленно разворачивает свои крылья, и в этот момент происходят удивительные изменения. Хитиновый материал обезвоживается, а кровь бабочки течет по ее венам, создавая силы, которые реорганизуют молекулы материала, чтобы придать крыльям уникальную силу и жесткость, необходимые для полета.

Это удивительное сочетание сил, движения воды и молекулярной организации вдохновило доцента Хавьера Г. Фернандеса и его коллег из Сингапурского университета технологий и проектирования (SUTD) на исследование возможности использования хитиновых полимеров в механизмах. Их последние исследования, опубликованные в журнале Advanced Materials Technologies, раскрывают приспособляемость и молекулярные изменения хитиновых материалов в ответ на окружающую среду.

Фернандес и его команда показали, что хитиновые полимеры сохраняют свою способность связывать различные силы и содержать воду, даже после извлечения из природных источников. Это делает их энергоэффективными и биосовместимыми материалами. Хитин является вторым по распространенности органическим полимером в природе после целлюлозы и является частью каждой экосистемы. Он может быть получен из различных организмов, включая городские отходы.

Исследователи из SUTD извлекли хитиновые полимеры из выброшенных панцирей креветок и создали пленки, которые демонстрировали удивительные свойства. Растягивание этих хитиновых пленок приводило к реорганизации их молекулярной структуры, уменьшению содержания воды и увеличению плотности упаковки молекул. Это превращало хитиновые пленки в материал, напоминающий пластик, с уникальными свойствами. В отличие от синтетических полимеров, реорганизованные хитиновые пленки могут автономно расслабляться и сокращаться в ответ на изменения окружающей среды, подобно некоторым насекомым, которые адаптируют свои панцири к разным ситуациям.

Для демонстрации инженерной применимости этих биосовместимых пленок, исследовательская группа создала механическую руку. Они использовали изменения окружающей среды и биохимические процессы для контроля воды в пленках, что позволило им создать достаточную силу захвата, эквивалентную 18 килограммам. Это более половины средней силы захвата взрослого человека.

Кроме того, команда показала, что хитиновые пленки могут использоваться для сбора энергии от изменений влажности окружающей среды и преобразования ее в электричество. Это открывает возможности для использования этих материалов в различных высокотехнологичных и специализированных инженерных целях.

Источник: https://phys.org/news/2023-07-butterfly-flight-electricity.html

Разработка детекторов для глубоководного нейтринного эксперимента.

Нейтрино - это частицы, которые окружают нас во Вселенной. Они настолько легкие и слабо взаимодействующие, что их масса до сих пор не была точно измерена. Ученые Крис Джексон и Эрик Черч из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) вместе с международной группой исследователей из 38 стран работают над Глубоководным нейтринным экспериментом (DUNE). Целью этого эксперимента является создание сверхчувствительных детекторов для изучения нейтрино.

DUNE состоит из нейтринной установки с длинной базой, расположенной в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) в Батавии, штат Иллинойс. Нейтрино пройдут через ближний детектор, а затем около 800 миль до гораздо более крупного дальнего детектора, расположенного в Сэнфордском подземном исследовательском центре в Южной Дакоте. Дальний детектор DUNE состоит из четырех модулей, каждый из которых вмещает около 70 000 тонн жидкого аргона.

Джексон и Черч разработали новый детектор под названием SLoMo (подземный низкофоновый модуль Сэнфорда), который предлагает улучшенные возможности по обнаружению нейтрино. SLoMo имеет дополнительную защиту от радиоактивного фона и улучшенную систему обнаружения света, что делает его более мощным по сравнению с предыдущими модулями DUNE. Это позволяет исследователям изучать не только нейтрино, созданные в Фермилабе, но и нейтрино, испускаемые другими источниками, такими как сверхновые взрывы и Солнце.

Важным аспектом исследования SLoMo было привлечение Сильвии Мансон, учителя физики, которая участвовала в программе стажировок STAR (STEM Teacher and Research) через PNNL. Мансон помогла Джексону и Черчу провести симуляции для тестирования SLoMo и внесла свой вклад в публикацию в Journal of Physics G. Она также включила элементы своего исследования в свой учебный план и призывает своих учеников-физиков присоединиться к подобным летним исследовательским программам, чтобы начать свое исследовательское путешествие как можно раньше.

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