Примеси усовершенствовали термоэлектрики
Ещё одна история о том, как контроль примесей и молекулярной структуры вещества решают ключевые задачи и делают уже существующие технологии ещё более совершенными. В этот раз речь пойдёт о термоэлектрических материалах и о работе российских и израильских учёных. Нечасто можно среди научных новостей прочитать про Сколтех, например.
Термоэлектрические материалы - это класс полупроводников, способных преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Их уже используют в различных областях, включая производство электроэнергии, охлаждение и отопление. Однако поиск термоэлектрических материалов с высокой эффективностью и длительным сроком службы остается сложной задачей.
Ученые из Сколтеха, Института биохимической физики имени Эмануэля РАН и других ведущих научных организаций России и Израиля провели исследование, результаты которого могут повысить надёжность и срок службы теллурида свинца. Это широко применяемый термоэлектрической полупроводник, в частности, его используют на газопроводах Ямала, где он обеспечивает работу датчиков вдали от линий электропередач. Небольшая часть газа отводится и сжигается в специальных трубках, и это тепло горящего газа преобразуется в электричество, необходимое для работы датчиков. Получается автономная система, которая сильно зависит от надёжности подобных устройств. Однако, теллурид свинца имеет существенный недостаток: он может разрушаться при контакте с материалами, имеющими другой коэффициент теплового расширения. Полагаю, что ехать непонятно куда среди ямальской зимы ради замены термоэлектрического источника бывает затруднительно, поэтому проблема достаточно актуальна.
Ученые исследовали влияние легирования на механические свойства теллурида свинца. Легирование - это и есть часть того самого контроля примесей, и представляет собой процесс дозированного внедрения примесей в кристаллическую структуру полупроводника для изменения его электрических и термоэлектрических свойств. В данном исследовании были использованы два основных типа легирования: легирование N-типа и легирование P-типа. С точки зрения электрических свойств, первый тип легирования меняет свойство полупроводника таким образом, что основным носителем заряда становится электрон, а второй - делает носителем заряда положительные квазичастицы, называемые дырками. Оказалось, что разный тип легирования полупроводников может не только менять электрические, но и механические свойства термоэлектрических полупроводников, что и выяснили учёные.
Легирование N-типа привело к увеличению твердости и прочности материала, в то время как легирование P-типа привело к повышению пластичности. Эти результаты свидетельствуют о том, что легирование может быть использовано для повышения долговечности термоэлектрических устройств на основе теллурида свинца. Иными словами, можно изменить свойства термоэлектрика таким образом, чтобы он не разрушался от разницы температурных деформаций между термоэлектриком и корпусом, например. Или можно изготовить многослойный композит из полупроводников с разным легированием, чтобы смягчить разницу деформаций. В конце концов, сам факт того, что при легировании полупроводников заметно меняются не только электрические, но и механические свойства, является интересным открытием, полезным в других отраслях.
Источник:
Илья В. Чепкасов и др., Природа хрупкого поведения легированных термоэлектрических материалов на основе PbTe (Ilya V. Chepkasov et al, Origin of brittle behavior of doped PbTe-based thermoelectric materials), Applied Physics Letters (2024). DOI: 10.1063/5.0185002
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Ещё одна история о том, как контроль примесей и молекулярной структуры вещества решают ключевые задачи и делают уже существующие технологии ещё более совершенными. В этот раз речь пойдёт о термоэлектрических материалах и о работе российских и израильских учёных. Нечасто можно среди научных новостей прочитать про Сколтех, например.
Термоэлектрические материалы - это класс полупроводников, способных преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Их уже используют в различных областях, включая производство электроэнергии, охлаждение и отопление. Однако поиск термоэлектрических материалов с высокой эффективностью и длительным сроком службы остается сложной задачей.
Ученые из Сколтеха, Института биохимической физики имени Эмануэля РАН и других ведущих научных организаций России и Израиля провели исследование, результаты которого могут повысить надёжность и срок службы теллурида свинца. Это широко применяемый термоэлектрической полупроводник, в частности, его используют на газопроводах Ямала, где он обеспечивает работу датчиков вдали от линий электропередач. Небольшая часть газа отводится и сжигается в специальных трубках, и это тепло горящего газа преобразуется в электричество, необходимое для работы датчиков. Получается автономная система, которая сильно зависит от надёжности подобных устройств. Однако, теллурид свинца имеет существенный недостаток: он может разрушаться при контакте с материалами, имеющими другой коэффициент теплового расширения. Полагаю, что ехать непонятно куда среди ямальской зимы ради замены термоэлектрического источника бывает затруднительно, поэтому проблема достаточно актуальна.
Ученые исследовали влияние легирования на механические свойства теллурида свинца. Легирование - это и есть часть того самого контроля примесей, и представляет собой процесс дозированного внедрения примесей в кристаллическую структуру полупроводника для изменения его электрических и термоэлектрических свойств. В данном исследовании были использованы два основных типа легирования: легирование N-типа и легирование P-типа. С точки зрения электрических свойств, первый тип легирования меняет свойство полупроводника таким образом, что основным носителем заряда становится электрон, а второй - делает носителем заряда положительные квазичастицы, называемые дырками. Оказалось, что разный тип легирования полупроводников может не только менять электрические, но и механические свойства термоэлектрических полупроводников, что и выяснили учёные.
Легирование N-типа привело к увеличению твердости и прочности материала, в то время как легирование P-типа привело к повышению пластичности. Эти результаты свидетельствуют о том, что легирование может быть использовано для повышения долговечности термоэлектрических устройств на основе теллурида свинца. Иными словами, можно изменить свойства термоэлектрика таким образом, чтобы он не разрушался от разницы температурных деформаций между термоэлектриком и корпусом, например. Или можно изготовить многослойный композит из полупроводников с разным легированием, чтобы смягчить разницу деформаций. В конце концов, сам факт того, что при легировании полупроводников заметно меняются не только электрические, но и механические свойства, является интересным открытием, полезным в других отраслях.
Источник:
Илья В. Чепкасов и др., Природа хрупкого поведения легированных термоэлектрических материалов на основе PbTe (Ilya V. Chepkasov et al, Origin of brittle behavior of doped PbTe-based thermoelectric materials), Applied Physics Letters (2024). DOI: 10.1063/5.0185002
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Оптическая схема внутри волокна
Ученые из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге, Шотландия, добились впечатляющих результатов в программировании оптических схем, открыв новые возможности для создания сверхбыстрых квантовых компьютеров и невзламываемых сетей связи.
Профессор Мехул Малик, физик-экспериментатор и профессор физики в школе инженерных и физических наук Университета Хериот-Ватт, объясняет: "Свет может переносить огромное количество информации, и оптические схемы, которые выполняют вычисления с помощью света, а не электричества, рассматриваются как следующий большой скачок в вычислительных технологиях".
Однако, по мере усложнения оптических схем, их эксплуатация и производство становятся более сложными, что может негативно повлиять на их производительность. Исследование профессора Малика и его команды предлагает альтернативный и более универсальный способ разработки оптических схем, используя естественный процесс, происходящий в природе.
Используя коммерческие оптические волокна, которые широко используются для передачи Интернета, ученые обнаружили, что могут очень точно программировать оптические схемы непосредственно внутри волокна. Это стало возможным благодаря изучению сложного процесса рассеяния света внутри оптического волокна и точному формированию света, попадающего в него.
Профессор Малик считает, что их исследование открывает новые горизонты в области оптических схем и квантовых технологий. Оно имеет потенциал для создания более мощных квантовых компьютеров, более безопасных сетей связи и новых типов датчиков и устройств, которые могут найти применение в самых разных областях, таких как медицина и материаловедение.
Источник:
Обратное проектирование многомерных квантовых оптических схем в сложной среде (Inverse design of high-dimensional quantum optical circuits in a complex medium), Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02319-6
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Ученые из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге, Шотландия, добились впечатляющих результатов в программировании оптических схем, открыв новые возможности для создания сверхбыстрых квантовых компьютеров и невзламываемых сетей связи.
Профессор Мехул Малик, физик-экспериментатор и профессор физики в школе инженерных и физических наук Университета Хериот-Ватт, объясняет: "Свет может переносить огромное количество информации, и оптические схемы, которые выполняют вычисления с помощью света, а не электричества, рассматриваются как следующий большой скачок в вычислительных технологиях".
Однако, по мере усложнения оптических схем, их эксплуатация и производство становятся более сложными, что может негативно повлиять на их производительность. Исследование профессора Малика и его команды предлагает альтернативный и более универсальный способ разработки оптических схем, используя естественный процесс, происходящий в природе.
Используя коммерческие оптические волокна, которые широко используются для передачи Интернета, ученые обнаружили, что могут очень точно программировать оптические схемы непосредственно внутри волокна. Это стало возможным благодаря изучению сложного процесса рассеяния света внутри оптического волокна и точному формированию света, попадающего в него.
Профессор Малик считает, что их исследование открывает новые горизонты в области оптических схем и квантовых технологий. Оно имеет потенциал для создания более мощных квантовых компьютеров, более безопасных сетей связи и новых типов датчиков и устройств, которые могут найти применение в самых разных областях, таких как медицина и материаловедение.
Источник:
Обратное проектирование многомерных квантовых оптических схем в сложной среде (Inverse design of high-dimensional quantum optical circuits in a complex medium), Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02319-6
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Новая технология электромагнитной подвески
Поезда Maglev работают на принципе электромагнитной индукции. Поезд оснащен электромагнитами, которые создают магнитное поле, взаимодействующее с магнитными пластинами, расположенными на пути. Это взаимодействие создает подъемную силу, которая удерживает поезд над путями. Движение поезда обеспечивается линейным двигателем, который также использует электромагниты для создания тяги.
Однако, как и у любой технологии, она не лишена проблем. Одной из них является банальная неровности пути. Они могут возникать из-за дефектов в конструкции пути, неравномерного оседания грунта или воздействия внешних факторов, например, землетрясений. Неровности пути могут привести к вибрации и раскачиванию поезда, что негативно сказывается на комфорте пассажиров и может привести к техническим проблемам. Ну и к крушениям тоже, но это уже вопрос надёжности самих путей. Это исследование нацелено прежде всего на устранения толчков и вибраций при движении, так как магнитная подвеска лишена самой обыкновенной механической подвески, которая как раз и могла бы поглощать воздействия неровностей.
Для решения этой проблемы исследователи из Пекинского университета Цзяотун разработали новую схему управления, которая позволяет уменьшить влияние неровностей пути на движение поезда Maglev. Эта схема использует усовершенствованный детектор возмущений для оценки неровностей пути и затем корректирует управление поездом так, чтобы компенсировать эти неровности. В результате поезд движется более плавно и комфортно, а также снижается износ оборудования.
Новая схема управления была успешно протестирована на экспериментальном поезде Maglev. Результаты показали, что схема позволяет значительно уменьшить вибрацию и раскачивание поезда, а также улучшить его управляемость. Это делает поезда Maglev более привлекательным видом общественного транспорта и открывает возможности для их более широкого использования в будущем.
Источник:
Иран Се и др., Усовершенствованное управление с заданными характеристиками в фиксированное время на основе наблюдателя возмущений высокоскоростных поездов EMS с неровностями пути (Yiran Xie et al, Refined disturbance observer based prescribed performance fixed-time control of high-speed EMS trains with track irregularities), High-speed Railway (2023). DOI: 10.1016/j.hspr.2023.09.001
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Поезда Maglev работают на принципе электромагнитной индукции. Поезд оснащен электромагнитами, которые создают магнитное поле, взаимодействующее с магнитными пластинами, расположенными на пути. Это взаимодействие создает подъемную силу, которая удерживает поезд над путями. Движение поезда обеспечивается линейным двигателем, который также использует электромагниты для создания тяги.
Однако, как и у любой технологии, она не лишена проблем. Одной из них является банальная неровности пути. Они могут возникать из-за дефектов в конструкции пути, неравномерного оседания грунта или воздействия внешних факторов, например, землетрясений. Неровности пути могут привести к вибрации и раскачиванию поезда, что негативно сказывается на комфорте пассажиров и может привести к техническим проблемам. Ну и к крушениям тоже, но это уже вопрос надёжности самих путей. Это исследование нацелено прежде всего на устранения толчков и вибраций при движении, так как магнитная подвеска лишена самой обыкновенной механической подвески, которая как раз и могла бы поглощать воздействия неровностей.
Для решения этой проблемы исследователи из Пекинского университета Цзяотун разработали новую схему управления, которая позволяет уменьшить влияние неровностей пути на движение поезда Maglev. Эта схема использует усовершенствованный детектор возмущений для оценки неровностей пути и затем корректирует управление поездом так, чтобы компенсировать эти неровности. В результате поезд движется более плавно и комфортно, а также снижается износ оборудования.
Новая схема управления была успешно протестирована на экспериментальном поезде Maglev. Результаты показали, что схема позволяет значительно уменьшить вибрацию и раскачивание поезда, а также улучшить его управляемость. Это делает поезда Maglev более привлекательным видом общественного транспорта и открывает возможности для их более широкого использования в будущем.
Источник:
Иран Се и др., Усовершенствованное управление с заданными характеристиками в фиксированное время на основе наблюдателя возмущений высокоскоростных поездов EMS с неровностями пути (Yiran Xie et al, Refined disturbance observer based prescribed performance fixed-time control of high-speed EMS trains with track irregularities), High-speed Railway (2023). DOI: 10.1016/j.hspr.2023.09.001
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Метаматериалы для дисплеев интегральной визуализации (II): архитектура и реализация
Существует такая технология, которая называется дисплеи интегральной визуализации (II). Это весьма перспективная технология для создания реалистичных трехмерных изображений. Прототипы уже, конечно, существуют, однако традиционные дисплеи II ограничены по разрешению, полю зрения и глубине резкости.
Также существует концепция дисплеев Meta-II, которые сочетают в себе технологии метаматериалов и II для создания более компактных, легких и эффективных дисплеев с более высоким разрешением, полем зрения и глубиной резкости.
Напомню, что метаматериалы - это искусственные материалы, обладающие необычными свойствами, которые не встречаются в природе. В данном случае речь идёт о материалах со специфическими оптическими свойствами. Метаматериалы могут использоваться для создания линз, зеркал и других оптических элементов, которые могут манипулировать светом на уровне субволновых длин.
В новой статье, опубликованной в журнале eLight, группа ученых под руководством профессора Цзянь-Вэнь Дуна и Цзун Циня из Университета Сунь Ятсена разработала новую техническую архитектуру истинного 3D под названием мета-II NED, впервые достигнув сочетания метаоптики и II демонстрирует практическое применение дисплеев близкой дистанции (NED). То есть такие, которые чуть ли не в глазу находятся.
Meta-II NED состоит из коммерческого микродисплея с высокой плотностью пикселей и массива металинз большой площади. Массив металинз изготовлен из клея для наноимпринтов с высоким показателем преломления с использованием высокоточной технологии наноимпринтинга большой площади. Массив металинз манипулирует светом на уровне пикселей. Это позволяет создавать более тонкие и легкие дисплеи с более высоким разрешением, полем зрения и глубиной резкости.
Поскольку микродисплеи имеют все более высокую плотность пикселей, традиционная оптическая архитектура не подходит для манипулирования светом на уровне пикселей. Метаоптика имеет потенциал преодолеть эти узкие места благодаря своей беспрецедентной гибкости в манипулировании светом на уровне пикселей с помощью монолитного устройства. Ожидается, что дисплей Meta-II станет большим шагом на пути к виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR) следующего поколения, создавая более захватывающий опыт.
Источник:
Чжи-Бин Фан и др., Интегральная визуализация окологлазного 3D-дисплея с использованием массива металинз с наноимпринтами (Zhi-Bin Fan et al, Integral imaging near-eye 3D display using a nanoimprint metalens array), eLight (2024). DOI: 10.1186/s43593-023-00055-1
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Существует такая технология, которая называется дисплеи интегральной визуализации (II). Это весьма перспективная технология для создания реалистичных трехмерных изображений. Прототипы уже, конечно, существуют, однако традиционные дисплеи II ограничены по разрешению, полю зрения и глубине резкости.
Также существует концепция дисплеев Meta-II, которые сочетают в себе технологии метаматериалов и II для создания более компактных, легких и эффективных дисплеев с более высоким разрешением, полем зрения и глубиной резкости.
Напомню, что метаматериалы - это искусственные материалы, обладающие необычными свойствами, которые не встречаются в природе. В данном случае речь идёт о материалах со специфическими оптическими свойствами. Метаматериалы могут использоваться для создания линз, зеркал и других оптических элементов, которые могут манипулировать светом на уровне субволновых длин.
В новой статье, опубликованной в журнале eLight, группа ученых под руководством профессора Цзянь-Вэнь Дуна и Цзун Циня из Университета Сунь Ятсена разработала новую техническую архитектуру истинного 3D под названием мета-II NED, впервые достигнув сочетания метаоптики и II демонстрирует практическое применение дисплеев близкой дистанции (NED). То есть такие, которые чуть ли не в глазу находятся.
Meta-II NED состоит из коммерческого микродисплея с высокой плотностью пикселей и массива металинз большой площади. Массив металинз изготовлен из клея для наноимпринтов с высоким показателем преломления с использованием высокоточной технологии наноимпринтинга большой площади. Массив металинз манипулирует светом на уровне пикселей. Это позволяет создавать более тонкие и легкие дисплеи с более высоким разрешением, полем зрения и глубиной резкости.
Поскольку микродисплеи имеют все более высокую плотность пикселей, традиционная оптическая архитектура не подходит для манипулирования светом на уровне пикселей. Метаоптика имеет потенциал преодолеть эти узкие места благодаря своей беспрецедентной гибкости в манипулировании светом на уровне пикселей с помощью монолитного устройства. Ожидается, что дисплей Meta-II станет большим шагом на пути к виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR) следующего поколения, создавая более захватывающий опыт.
Источник:
Чжи-Бин Фан и др., Интегральная визуализация окологлазного 3D-дисплея с использованием массива металинз с наноимпринтами (Zhi-Bin Fan et al, Integral imaging near-eye 3D display using a nanoimprint metalens array), eLight (2024). DOI: 10.1186/s43593-023-00055-1
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Органическая электроника и новые способы восприятия света
В последнее время неуклонно растет интерес к гибким и носимым устройствам, которые могут адаптироваться к различным поверхностям и сохранять свою функциональность даже при сгибании или деформации. В этом контексте исследователи из Университета Осаки достигли впечатляющих результатов в разработке гибких оптических датчиков, используя уникальные свойства углеродных нанотрубок.
Углерод, нанотрубки, графен. Опять двадцать пять, как говорится, этот материал действительно попахивает современным "философским камнем".
В своем исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials, команда ученых во главе с Рей Кавабатой представила инновационный оптический датчик, интегрированный в ультратонкий гибкий лист. Этот датчик обладает необыкновенной гибкостью и устойчивостью к механическим воздействиям, что позволяет ему сохранять свою функциональность даже после многократного сгибания или сминания в комок.
В отличие от традиционных оптических датчиков, которые изготавливаются из жестких материалов, таких как неорганические полупроводники и сегнетоэлектрики, новый датчик использует набор крошечных фотодетекторов из углеродных нанотрубок, напечатанных на ультратонкой полимерной подложке. Принцип работы этих фотодетекторов основан на изменении температуры углеродных нанотрубок под воздействием света. Этот температурный градиент генерирует сигнал напряжения, который затем преобразуется в сигнал изображения с помощью органических транзисторов, также напечатанных на полимерной подложке.
Одним из ключевых преимуществ нового датчика является его чувствительность к видимому и инфракрасному свету. Это делает его пригодным для различных приложений, включая биосенсорику, медицинскую диагностику, контроль качества окружающей среды и робототехнику. Кроме того, благодаря своей беспроводной связи по протоколу Bluetooth датчик может передавать данные в реальном времени без необходимости физического подключения к компьютеру.
Ну и самое главное - это не классический красно-сине-зелёный датчик, который воспроизводит цвета в трёхцветной палитре, характерной для человеческого глаза. Технология способна напрямую детектировать длину волны излучения и измерять реальный цвет, то есть непосредственно длину волны излучения. В отличие от обычных оптических датчиков, которые реагируют только на узкий диапазон длин волн. То есть каждый пиксель будет передавать информацию о том, свет какой длины волны на него падает. Для передачи изображения это, может, и не так актуально, люди всё равно будут видеть цвета как видели, однако технология позволит сделать оптические сенсоры гораздо более доступными и надёжными.
Источник:
Рей Кавабата и др., Сверхгибкий беспроводной имидж-сканер, интегрированный с органическими схемами для широкополосного инфракрасного термического анализа (Rei Kawabata et al, Ultraflexible Wireless Imager Integrated with Organic Circuits for Broadband Infrared Thermal Analysis), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202309864
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
В последнее время неуклонно растет интерес к гибким и носимым устройствам, которые могут адаптироваться к различным поверхностям и сохранять свою функциональность даже при сгибании или деформации. В этом контексте исследователи из Университета Осаки достигли впечатляющих результатов в разработке гибких оптических датчиков, используя уникальные свойства углеродных нанотрубок.
Углерод, нанотрубки, графен. Опять двадцать пять, как говорится, этот материал действительно попахивает современным "философским камнем".
В своем исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials, команда ученых во главе с Рей Кавабатой представила инновационный оптический датчик, интегрированный в ультратонкий гибкий лист. Этот датчик обладает необыкновенной гибкостью и устойчивостью к механическим воздействиям, что позволяет ему сохранять свою функциональность даже после многократного сгибания или сминания в комок.
В отличие от традиционных оптических датчиков, которые изготавливаются из жестких материалов, таких как неорганические полупроводники и сегнетоэлектрики, новый датчик использует набор крошечных фотодетекторов из углеродных нанотрубок, напечатанных на ультратонкой полимерной подложке. Принцип работы этих фотодетекторов основан на изменении температуры углеродных нанотрубок под воздействием света. Этот температурный градиент генерирует сигнал напряжения, который затем преобразуется в сигнал изображения с помощью органических транзисторов, также напечатанных на полимерной подложке.
Одним из ключевых преимуществ нового датчика является его чувствительность к видимому и инфракрасному свету. Это делает его пригодным для различных приложений, включая биосенсорику, медицинскую диагностику, контроль качества окружающей среды и робототехнику. Кроме того, благодаря своей беспроводной связи по протоколу Bluetooth датчик может передавать данные в реальном времени без необходимости физического подключения к компьютеру.
Ну и самое главное - это не классический красно-сине-зелёный датчик, который воспроизводит цвета в трёхцветной палитре, характерной для человеческого глаза. Технология способна напрямую детектировать длину волны излучения и измерять реальный цвет, то есть непосредственно длину волны излучения. В отличие от обычных оптических датчиков, которые реагируют только на узкий диапазон длин волн. То есть каждый пиксель будет передавать информацию о том, свет какой длины волны на него падает. Для передачи изображения это, может, и не так актуально, люди всё равно будут видеть цвета как видели, однако технология позволит сделать оптические сенсоры гораздо более доступными и надёжными.
Источник:
Рей Кавабата и др., Сверхгибкий беспроводной имидж-сканер, интегрированный с органическими схемами для широкополосного инфракрасного термического анализа (Rei Kawabata et al, Ultraflexible Wireless Imager Integrated with Organic Circuits for Broadband Infrared Thermal Analysis), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202309864
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Скрученная многослойная кристаллическая структура
Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики, Стэнфордского университета и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (LBNL) впервые вырастили скрученную многослойную кристаллическую структуру и измерили ее свойства. Такая структура открывает перспективы в разработке материалов следующего поколения для солнечных батарей, квантовых компьютеров, лазеров и других устройств.
Кристаллы, разработанные командой, расширили концепцию эпитаксии — явления, которое происходит, когда один тип кристаллического материала упорядоченно растет поверх другого материала. Понимание эпитаксиального роста имело решающее значение для развития многих отраслей промышленности на протяжении более 50 лет, особенно полупроводниковой промышленности. Действительно, эпитаксия является частью многих электронных устройств, которые мы используем сегодня, от сотовых телефонов до компьютеров и солнечных панелей, позволяя электричеству проходить или не проходить через них.
Новая скрученная многослойная кристаллическая структура была создана путем выращивания тонких слоев двух разных материалов друг на друге. Слои были выращены под небольшим углом друг к другу, что привело к скручиванию структуры. Это скручивание привело к новым электронным свойствам, которые могут быть использованы для создания новых типов устройств.
«Эту структуру мы раньше не видели — для меня это было огромным сюрпризом», — сказал И Цуй, профессор Стэнфорда и SLAC и соавтор статьи, опубликованной в журнале Science, с описанием работы. «В будущих экспериментах внутри этой трехслойной скрученной структуры может появиться новое квантовое электронное свойство».
Исследователи считают, что новая скрученная многослойная кристаллическая структура может быть использована для создания более эффективных солнечных батарей, квантовых компьютеров, лазеров и других устройств. Они планируют продолжить изучение свойств этой структуры и ее потенциальных применений.
Источник:
Йи Цуй и др., Скрученная эпитаксия золотых нанодисков, выращенных между скрученными слоями подложки дисульфида молибдена (Yi Cui et al, Twisted epitaxy of gold nanodisks grown between twisted substrate layers of molybdenum disulfide), Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk5947
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики, Стэнфордского университета и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (LBNL) впервые вырастили скрученную многослойную кристаллическую структуру и измерили ее свойства. Такая структура открывает перспективы в разработке материалов следующего поколения для солнечных батарей, квантовых компьютеров, лазеров и других устройств.
Кристаллы, разработанные командой, расширили концепцию эпитаксии — явления, которое происходит, когда один тип кристаллического материала упорядоченно растет поверх другого материала. Понимание эпитаксиального роста имело решающее значение для развития многих отраслей промышленности на протяжении более 50 лет, особенно полупроводниковой промышленности. Действительно, эпитаксия является частью многих электронных устройств, которые мы используем сегодня, от сотовых телефонов до компьютеров и солнечных панелей, позволяя электричеству проходить или не проходить через них.
Новая скрученная многослойная кристаллическая структура была создана путем выращивания тонких слоев двух разных материалов друг на друге. Слои были выращены под небольшим углом друг к другу, что привело к скручиванию структуры. Это скручивание привело к новым электронным свойствам, которые могут быть использованы для создания новых типов устройств.
«Эту структуру мы раньше не видели — для меня это было огромным сюрпризом», — сказал И Цуй, профессор Стэнфорда и SLAC и соавтор статьи, опубликованной в журнале Science, с описанием работы. «В будущих экспериментах внутри этой трехслойной скрученной структуры может появиться новое квантовое электронное свойство».
Исследователи считают, что новая скрученная многослойная кристаллическая структура может быть использована для создания более эффективных солнечных батарей, квантовых компьютеров, лазеров и других устройств. Они планируют продолжить изучение свойств этой структуры и ее потенциальных применений.
Источник:
Йи Цуй и др., Скрученная эпитаксия золотых нанодисков, выращенных между скрученными слоями подложки дисульфида молибдена (Yi Cui et al, Twisted epitaxy of gold nanodisks grown between twisted substrate layers of molybdenum disulfide), Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk5947
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Нанопузырьки очищают воду.
И если вы сразу подумали, что это нанокипячение, то нет. Тем более, что в процессе кипячения пузырьки не при чем. Очищение, а скорее - обеззараживание - происходит за счёт высокой температуры, а пузырьки - это в большей степени побочный эффект.
Речь пойдёт о вибрирующих нанопузырьках. Это крошечные газовые пузырьки, диаметром менее одной тысячной миллиметра, которые можно заставить вибрировать с помощью ультразвуковых волн. Эти пузырьки обладают уникальными свойствами, которые делают их перспективными для использования в различных областях, включая медицину, очистку воды и микроэлектронику.
Недавние исследования показали, что вибрирующие нанопузырьки не нагреваются так сильно, как считалось ранее. Это открытие имеет важное значение для понимания физики этих необычных объектов и их применения в различных областях.
Также было обнаружено, что жесткость нанопузырька во время его вибрации тесно связана с его внутренней температурой. Это открытие позволяет более точно прогнозировать размер нанопузырьков в экспериментах и их конструкцию в различных приложениях.
Вибрирующие нанопузырьки нашли неожиданное применение в качестве контрастного вещества для ультразвука при диагностике рака. Их также можно заставить разрушаться, уничтожая близлежащие микроскопические загрязнения, для очистки сточных вод и очистки поверхности деликатных микрофлюидных устройств.
Текущие исследования сосредоточены на изучении необычных наномасштабных эффектов, которые влияют на вибрирующие нанопузырьки. Эти эффекты могут быть использованы для разработки новых методов очистки воды, точной очистки микроэлектронных устройств и других применений.
Вот так. Казалось бы, всего лишь, пузырьки, а сколько интересного, полезного и инновационного. Но если отбросить иронию, то хорошо смеётся тот, кто смеётся последним. Если технология имеет полезный выход, то её надо развивать и внедрять, какой бы абсурдной она не была.
Источник:
Дункан Докар и др., Тепловые колебания нанопузырьков (Duncan Dockar et al, Thermal Oscillations of Nanobubbles), Nano Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03052
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
И если вы сразу подумали, что это нанокипячение, то нет. Тем более, что в процессе кипячения пузырьки не при чем. Очищение, а скорее - обеззараживание - происходит за счёт высокой температуры, а пузырьки - это в большей степени побочный эффект.
Речь пойдёт о вибрирующих нанопузырьках. Это крошечные газовые пузырьки, диаметром менее одной тысячной миллиметра, которые можно заставить вибрировать с помощью ультразвуковых волн. Эти пузырьки обладают уникальными свойствами, которые делают их перспективными для использования в различных областях, включая медицину, очистку воды и микроэлектронику.
Недавние исследования показали, что вибрирующие нанопузырьки не нагреваются так сильно, как считалось ранее. Это открытие имеет важное значение для понимания физики этих необычных объектов и их применения в различных областях.
Также было обнаружено, что жесткость нанопузырька во время его вибрации тесно связана с его внутренней температурой. Это открытие позволяет более точно прогнозировать размер нанопузырьков в экспериментах и их конструкцию в различных приложениях.
Вибрирующие нанопузырьки нашли неожиданное применение в качестве контрастного вещества для ультразвука при диагностике рака. Их также можно заставить разрушаться, уничтожая близлежащие микроскопические загрязнения, для очистки сточных вод и очистки поверхности деликатных микрофлюидных устройств.
Текущие исследования сосредоточены на изучении необычных наномасштабных эффектов, которые влияют на вибрирующие нанопузырьки. Эти эффекты могут быть использованы для разработки новых методов очистки воды, точной очистки микроэлектронных устройств и других применений.
Вот так. Казалось бы, всего лишь, пузырьки, а сколько интересного, полезного и инновационного. Но если отбросить иронию, то хорошо смеётся тот, кто смеётся последним. Если технология имеет полезный выход, то её надо развивать и внедрять, какой бы абсурдной она не была.
Источник:
Дункан Докар и др., Тепловые колебания нанопузырьков (Duncan Dockar et al, Thermal Oscillations of Nanobubbles), Nano Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03052
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1
Голограмма с широким обзором и без аберраций
Голографическое отображение - это технология, которая позволяет создавать трехмерные изображения с реалистичной глубиной и перспективой. Она имеет большой потенциал в дополненной и виртуальной реальности, медицине, промышленности и других областях. Однако традиционные голографические системы имеют ряд проблем, таких как небольшой угол обзора и серьезные хроматические аберрации.
Группа ученых под руководством профессора Цюн-Хуа Вана из Университета Бэйхан, Китай, разработала новую систему 3D-дисплея на основе объёмной цветной жидкокристаллической решетки с большим углом обзора. Предлагаемая система демонстрирует угол обзора цвета 50,12° без каких-либо хроматических аберраций.
Для достижения этого исследователи использовали специально разработанную цветную жидкокристаллическую решетку с тем же углом дифракции для падающего света RGB. Цветная жидкокристаллическая решетка имеет три области с разными шагами в одной жидкокристаллической ячейке, соответствующие падающему свету с разными длинами волн соответственно.
Для достижения этого исследователи использовали специально разработанную цветную жидкокристаллическую решетку с тем же углом дифракции, как для падающего света RGB. Цветная жидкокристаллическая решетка имеет три области с разными шагами в одной жидкокристаллической ячейке, соответствующие падающему свету с разными длинами волн соответственно. Таким образом, увеличивается угол обзора за счёт двойной дифракции при падении света на решётку и при его отражении жидкокристаллической матрицей. Также получается, что за счёт раздельной "обработки" света разной длины волны мы полностью избавляемся от хроматической аберрации. В итоге мы получаем систему, которая может чётко реконструировать объемные изображения в реальных цветах без искажений, радужного узора и размытия ,и которые можно рассматривать под широким углом обзора. 3D-скайп не за горами, короче!
Источник:
и Ван и др., Цветная голографическая трехмерная система отображения на основе цветной жидкокристаллической решетки с большим углом обзора (Di Wang et al, Color liquid crystal grating based color holographic 3D display system with large viewing angle), Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-023-01375-0
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Голографическое отображение - это технология, которая позволяет создавать трехмерные изображения с реалистичной глубиной и перспективой. Она имеет большой потенциал в дополненной и виртуальной реальности, медицине, промышленности и других областях. Однако традиционные голографические системы имеют ряд проблем, таких как небольшой угол обзора и серьезные хроматические аберрации.
Группа ученых под руководством профессора Цюн-Хуа Вана из Университета Бэйхан, Китай, разработала новую систему 3D-дисплея на основе объёмной цветной жидкокристаллической решетки с большим углом обзора. Предлагаемая система демонстрирует угол обзора цвета 50,12° без каких-либо хроматических аберраций.
Для достижения этого исследователи использовали специально разработанную цветную жидкокристаллическую решетку с тем же углом дифракции для падающего света RGB. Цветная жидкокристаллическая решетка имеет три области с разными шагами в одной жидкокристаллической ячейке, соответствующие падающему свету с разными длинами волн соответственно.
Для достижения этого исследователи использовали специально разработанную цветную жидкокристаллическую решетку с тем же углом дифракции, как для падающего света RGB. Цветная жидкокристаллическая решетка имеет три области с разными шагами в одной жидкокристаллической ячейке, соответствующие падающему свету с разными длинами волн соответственно. Таким образом, увеличивается угол обзора за счёт двойной дифракции при падении света на решётку и при его отражении жидкокристаллической матрицей. Также получается, что за счёт раздельной "обработки" света разной длины волны мы полностью избавляемся от хроматической аберрации. В итоге мы получаем систему, которая может чётко реконструировать объемные изображения в реальных цветах без искажений, радужного узора и размытия ,и которые можно рассматривать под широким углом обзора. 3D-скайп не за горами, короче!
Источник:
и Ван и др., Цветная голографическая трехмерная система отображения на основе цветной жидкокристаллической решетки с большим углом обзора (Di Wang et al, Color liquid crystal grating based color holographic 3D display system with large viewing angle), Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-023-01375-0
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Прорывной теплозащитный материал
Китайские ученые разработали пористую высокоэнтропийную керамику с непревзойденными механическими и теплоизоляционными свойствами. Это стало возможным благодаря использованию многомасштабных технологий, которые позволили контролировать структуру материала на разных уровнях, от нанометрового до микрометрового масштаба.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Advanced Materials, прокладывают путь для дальнейшего развития технологий в аэрокосмической, химической, энергетической и других отраслях промышленности. Исследователи активно работают над разработкой материалов, способных выдерживать экстремальные условия. Новое поколение керамических материалов, известных как высокоэнтропийная керамика (HEC), демонстрирует впечатляющую надежность, термостойкость и устойчивость к коррозии.
Чтобы решить проблему хрупкости пористой керамики, ученые обратились к высокоэнтропийному дизайну. Этот подход предполагает использование нескольких элементов в составе керамики, что приводит к образованию уникальной многофазной структуры с улучшенными свойствами.
Результаты испытаний превзошли ожидания исследователей. Пористая HEC продемонстрировала исключительную механическую прочность и теплоизоляционные характеристики. Материал выдерживал нагрузки до 20 МПа при температуре 1200°C, что значительно превышает показатели традиционных керамических материалов. Кроме того, теплопроводность пористой HEC оказалась на 40% ниже, чем у аналогов, что делает ее идеальным материалом для теплоизоляции.
Подобные теплозащитные материалы могут пригодиться практически везде. В аэрокосмической промышленности такой материал жизненно необходим для теплозащитных экранов аппаратов, которые должны входить в атмосферу или выполнять атмосферное торможение, а также для перспективных гиперзвуковых аппаратов. Про жизненную важность - это не преувеличение. Тепловые и аэродинамические нагрузки при входе в атмосферу колоссальные. Достаточно вспомнить про катастрофу шаттла Колумбия в 2003м году, когда из-за незначительного, на первый взгляд, повреждения теплозащиты корабль разрушился при входе в атмосферу.
Теплозащитные свойства HEC может также пригодится в энергетике и химическом машиностроении. Теплоизоляция требуется в атомных реакторах, в будущих термоядерных реакторах, в системах теплообмена. И речь не только о том, чтобы обезопасить персонал от ожогов, а о снижении потерь тепловой энергии. Если труба теплоносителя или корпус теплообменника горячие, то это автоматически означает, что тепло улетучивается в воздух, излишне обогревая помещение и неосторожных сотрудников.
Источник:
Цзихао Вэнь и др., Сверхпрочная и высокотеплоизолирующая пористая высокоэнтропийная керамика до 2000 °C (Zihao Wen et al, Ultrastrong and High Thermal Insulating Porous High‐Entropy Ceramics up to 2000 °C), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202311870
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Китайские ученые разработали пористую высокоэнтропийную керамику с непревзойденными механическими и теплоизоляционными свойствами. Это стало возможным благодаря использованию многомасштабных технологий, которые позволили контролировать структуру материала на разных уровнях, от нанометрового до микрометрового масштаба.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Advanced Materials, прокладывают путь для дальнейшего развития технологий в аэрокосмической, химической, энергетической и других отраслях промышленности. Исследователи активно работают над разработкой материалов, способных выдерживать экстремальные условия. Новое поколение керамических материалов, известных как высокоэнтропийная керамика (HEC), демонстрирует впечатляющую надежность, термостойкость и устойчивость к коррозии.
Чтобы решить проблему хрупкости пористой керамики, ученые обратились к высокоэнтропийному дизайну. Этот подход предполагает использование нескольких элементов в составе керамики, что приводит к образованию уникальной многофазной структуры с улучшенными свойствами.
Результаты испытаний превзошли ожидания исследователей. Пористая HEC продемонстрировала исключительную механическую прочность и теплоизоляционные характеристики. Материал выдерживал нагрузки до 20 МПа при температуре 1200°C, что значительно превышает показатели традиционных керамических материалов. Кроме того, теплопроводность пористой HEC оказалась на 40% ниже, чем у аналогов, что делает ее идеальным материалом для теплоизоляции.
Подобные теплозащитные материалы могут пригодиться практически везде. В аэрокосмической промышленности такой материал жизненно необходим для теплозащитных экранов аппаратов, которые должны входить в атмосферу или выполнять атмосферное торможение, а также для перспективных гиперзвуковых аппаратов. Про жизненную важность - это не преувеличение. Тепловые и аэродинамические нагрузки при входе в атмосферу колоссальные. Достаточно вспомнить про катастрофу шаттла Колумбия в 2003м году, когда из-за незначительного, на первый взгляд, повреждения теплозащиты корабль разрушился при входе в атмосферу.
Теплозащитные свойства HEC может также пригодится в энергетике и химическом машиностроении. Теплоизоляция требуется в атомных реакторах, в будущих термоядерных реакторах, в системах теплообмена. И речь не только о том, чтобы обезопасить персонал от ожогов, а о снижении потерь тепловой энергии. Если труба теплоносителя или корпус теплообменника горячие, то это автоматически означает, что тепло улетучивается в воздух, излишне обогревая помещение и неосторожных сотрудников.
Источник:
Цзихао Вэнь и др., Сверхпрочная и высокотеплоизолирующая пористая высокоэнтропийная керамика до 2000 °C (Zihao Wen et al, Ultrastrong and High Thermal Insulating Porous High‐Entropy Ceramics up to 2000 °C), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202311870
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Решение великой проблемы офисной форточки
Сразу спрошу, вы за кого? Ну то есть, вы за тех, кто мёрзнет или за тех, кому всегда жарко? Современные офисные реалии порождают новые виды межличностных конфликтов, но причина здесь не в людях, ну или не только в людях. Офисные помещения большие, и вопрос поддержания комфортной температуры и влажности - это сложная инженерная задача, близость к радиатору отопления может привести к перегреву при утомительной офисной работе, а кто подальше - может даже мёрзнуть. Влажность, кстати, тоже важный параметр, иногда дискомфорт, который вы испытываете в офисе, может быть решён простым настольным увлажнителем. Возьмите этот совет на вооружение, а пока расскажу вам, что к решению этой проблемы решили подключить искусственный интеллект, который скоро, похоже, в каждом утюге работать будет. Модели машинного обучения могут помочь предсказать, как люди реагируют на температуру в разных частях здания, что позволяет достичь комфорта и, при этом, что тоже не маловажно, снизить энергопотребление.
Исследователи из Департамента гражданского и экологического строительства и Университета Карнеги-Меллона предложили новый метод, который объединяет данные и модели, используя многомерный анализ правил ассоциации (M-ARM). Этот метод позволяет обнаруживать и исправлять предвзятости в человеческих знаниях о реакции на температуру. Они протестировали этот метод на семи моделях машинного обучения и обнаружили, что он значительно повышает точность прогнозирования реакции людей на температуру. То есть понимаете, о чем речь? Речь идёт о прогнозировании реакции на температуру. Значит люди всё же являются по крайней мере частью проблемы.
В исследовании использовалась противоречивая информация, предоставленная жильцами здания в ответ на вопросы о их тепловом комфорте. Это позволило определить настоящую "зону комфорта" для большинства людей в здании. Исследователи также обнаружили проблемы с неправильной калибровкой и потенциальными искажениями данных, которые были успешно устранены с помощью метода M-ARM. Вот так. теперь бездушная машина будет предсказывать, захотите ли вы открыть окно или закутаться в плед.
Результаты этого исследования могут привести к существенной экономии энергии в больших зданиях, при этом обеспечивая комфорт для пользователей. Использование моделей машинного обучения и метода M-ARM позволяет более точно предсказывать реакцию людей на температуру и эффективно управлять системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Источник:
Руоксин Сюн и др., Калибровка субъективных ошибок в данных и модели прогнозных неопределенностей в прогнозах теплового восприятия на основе машинного обучения (Ruoxin Xiong et al, Calibrating subjective data biases and model predictive uncertainties in machine learning-based thermal perception predictions), Building and Environment (2023). DOI: 10.1016/j.buildenv.2023.111053
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Сразу спрошу, вы за кого? Ну то есть, вы за тех, кто мёрзнет или за тех, кому всегда жарко? Современные офисные реалии порождают новые виды межличностных конфликтов, но причина здесь не в людях, ну или не только в людях. Офисные помещения большие, и вопрос поддержания комфортной температуры и влажности - это сложная инженерная задача, близость к радиатору отопления может привести к перегреву при утомительной офисной работе, а кто подальше - может даже мёрзнуть. Влажность, кстати, тоже важный параметр, иногда дискомфорт, который вы испытываете в офисе, может быть решён простым настольным увлажнителем. Возьмите этот совет на вооружение, а пока расскажу вам, что к решению этой проблемы решили подключить искусственный интеллект, который скоро, похоже, в каждом утюге работать будет. Модели машинного обучения могут помочь предсказать, как люди реагируют на температуру в разных частях здания, что позволяет достичь комфорта и, при этом, что тоже не маловажно, снизить энергопотребление.
Исследователи из Департамента гражданского и экологического строительства и Университета Карнеги-Меллона предложили новый метод, который объединяет данные и модели, используя многомерный анализ правил ассоциации (M-ARM). Этот метод позволяет обнаруживать и исправлять предвзятости в человеческих знаниях о реакции на температуру. Они протестировали этот метод на семи моделях машинного обучения и обнаружили, что он значительно повышает точность прогнозирования реакции людей на температуру. То есть понимаете, о чем речь? Речь идёт о прогнозировании реакции на температуру. Значит люди всё же являются по крайней мере частью проблемы.
В исследовании использовалась противоречивая информация, предоставленная жильцами здания в ответ на вопросы о их тепловом комфорте. Это позволило определить настоящую "зону комфорта" для большинства людей в здании. Исследователи также обнаружили проблемы с неправильной калибровкой и потенциальными искажениями данных, которые были успешно устранены с помощью метода M-ARM. Вот так. теперь бездушная машина будет предсказывать, захотите ли вы открыть окно или закутаться в плед.
Результаты этого исследования могут привести к существенной экономии энергии в больших зданиях, при этом обеспечивая комфорт для пользователей. Использование моделей машинного обучения и метода M-ARM позволяет более точно предсказывать реакцию людей на температуру и эффективно управлять системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Источник:
Руоксин Сюн и др., Калибровка субъективных ошибок в данных и модели прогнозных неопределенностей в прогнозах теплового восприятия на основе машинного обучения (Ruoxin Xiong et al, Calibrating subjective data biases and model predictive uncertainties in machine learning-based thermal perception predictions), Building and Environment (2023). DOI: 10.1016/j.buildenv.2023.111053
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Цифровой двойник термоядерной плазмы
Использование энергии термоядерного синтеза - это одно из возможных решений существующих глобальных энергетических проблем. По крайней мере, усилий в освоении термояда прикладывается немало, считается, что это будет следующая ступень после освоения ядерной энергетики. Известно, что наиболее эффективным и многообещающим методом для термоядерных реакторов является метод магнитного удержания. Суть данного метода состоит в удержании высокотемпературной плазмы в реакторе с высокой плотностью при помощи магнитного поля. Так работает установка типа Токамак, она имеет форму, напоминающую тор, расшифровывается как "тороидальная камера с магнитными катушками". Название исчерпывающее, я полагаю. В результате реакции термоядерного синтеза в плазме выделяется энергия, которая впоследствии преобразуется в электричество.
Для того, чтобы это всё работало, в перспективе, необходимо в режиме реального времени осуществлять прогнозирование и контроль поведения термоядерной плазмы, что является непростой задачей из-за её сложного поведения и множества факторов, которые необходимо учитывать: нагрев, подача топлива, примеси, нейтральные частицы и другие. При этом, многие из разрабатываемых термоядерных реакторов будут иметь ограниченные возможности измерения, датчики просто не выдерживают таких адских условий. Это потребует прогнозирующего управления и оценки состояния плазмы в условиях недостаточной информации и большой неопределённости.
Исследовательская группа из Высшей инженерной школы Киотского университета предложила новаторскую систему управления с применением метода ассимиляции данных. Метод работает так: существует вычислительная модель плазмы в реакторе, которая имитирует её поведение. В неё в режиме реального времени загоняются данные о работе самоё установки, так и о состоянии плазмы. Данные этой модели используются для управления плазмой. Иными словами - это цифровой двойник плазмы, при помощи которого мы можем лучше понимать, что внутри реактора происходит. Это позволяет оптимизировать прогностическую модель с использованием наблюдений в режиме реального времени. Такой подход позволяет оценить оптимальное управление на основе улучшенной прогностической модели, даже в условиях высокой неопределённости и нехватки информации. Метод ассимиляции данных известен своей эффективностью в повышении точности прогнозов и анализа крупномасштабных имитационных моделей, и его применение в данном контексте выглядит многообещающе.
Контроль термоядерной плазмы является сложной и многогранной задачей, требующей комплексного подхода и использования различных методов и технологий. Разработка новых и совершенствование существующих методов управления, а также внедрение инновационных подходов, таких как ассимиляция данных, искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления, способны внести значительный вклад в развитие и реализацию термоядерной энергетики.
Источник:
Юя Моришита и др., Первое применение контроля на основе ассимиляции данных к термоядерной плазме (Yuya Morishita et al, First application of data assimilation-based control to fusion plasma), Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-023-49432-3
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Использование энергии термоядерного синтеза - это одно из возможных решений существующих глобальных энергетических проблем. По крайней мере, усилий в освоении термояда прикладывается немало, считается, что это будет следующая ступень после освоения ядерной энергетики. Известно, что наиболее эффективным и многообещающим методом для термоядерных реакторов является метод магнитного удержания. Суть данного метода состоит в удержании высокотемпературной плазмы в реакторе с высокой плотностью при помощи магнитного поля. Так работает установка типа Токамак, она имеет форму, напоминающую тор, расшифровывается как "тороидальная камера с магнитными катушками". Название исчерпывающее, я полагаю. В результате реакции термоядерного синтеза в плазме выделяется энергия, которая впоследствии преобразуется в электричество.
Для того, чтобы это всё работало, в перспективе, необходимо в режиме реального времени осуществлять прогнозирование и контроль поведения термоядерной плазмы, что является непростой задачей из-за её сложного поведения и множества факторов, которые необходимо учитывать: нагрев, подача топлива, примеси, нейтральные частицы и другие. При этом, многие из разрабатываемых термоядерных реакторов будут иметь ограниченные возможности измерения, датчики просто не выдерживают таких адских условий. Это потребует прогнозирующего управления и оценки состояния плазмы в условиях недостаточной информации и большой неопределённости.
Исследовательская группа из Высшей инженерной школы Киотского университета предложила новаторскую систему управления с применением метода ассимиляции данных. Метод работает так: существует вычислительная модель плазмы в реакторе, которая имитирует её поведение. В неё в режиме реального времени загоняются данные о работе самоё установки, так и о состоянии плазмы. Данные этой модели используются для управления плазмой. Иными словами - это цифровой двойник плазмы, при помощи которого мы можем лучше понимать, что внутри реактора происходит. Это позволяет оптимизировать прогностическую модель с использованием наблюдений в режиме реального времени. Такой подход позволяет оценить оптимальное управление на основе улучшенной прогностической модели, даже в условиях высокой неопределённости и нехватки информации. Метод ассимиляции данных известен своей эффективностью в повышении точности прогнозов и анализа крупномасштабных имитационных моделей, и его применение в данном контексте выглядит многообещающе.
Контроль термоядерной плазмы является сложной и многогранной задачей, требующей комплексного подхода и использования различных методов и технологий. Разработка новых и совершенствование существующих методов управления, а также внедрение инновационных подходов, таких как ассимиляция данных, искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления, способны внести значительный вклад в развитие и реализацию термоядерной энергетики.
Источник:
Юя Моришита и др., Первое применение контроля на основе ассимиляции данных к термоядерной плазме (Yuya Morishita et al, First application of data assimilation-based control to fusion plasma), Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-023-49432-3
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Молниеносный датчик обнаружения водорода. Первый в мире!
С ростом популярности экологически чистых водородных технологий возрастает необходимость в высокоэффективных датчиках утечек водорода. Мы же не хотим второго гинденбурга, правда? Среди прочих задач особое внимание привлекает разработка технологии обнаружения утечек водорода в течение одной секунды, что соответствует стандартам Министерства энергетики США.
Команда из Корейского института передовых технологий (KAIST) под руководством доктора Мин-Сын Джо и профессора Джун-Бо Юна кафедры электротехники и электроники успешно достигла всех желаемых показателей производительности согласно всемирно признанным стандартам. Это стало возможным благодаря сотрудничеству с группой исследования материалов в области электромагнитной энергии в Центре фундаментальных материалов Hyundai Motor Company и профессором Мин-Хо Со из Пусанского национального университета. 10 января исследовательская группа объявила о разработке первого в мире датчика водорода со скоростью срабатывания менее 0,6 секунды.
Стремясь создать технологию обнаружения водорода, которая будет более быстрой и стабильной, чем существующие коммерческие датчики водорода, команда KAIST в 2021 году приступила к разработке датчика водорода следующего поколения совместно с Hyundai Motor Company. После двух лет упорной работы им удалось достичь поставленной цели. Исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.
Традиционные исследования датчиков водорода в основном сосредоточены на чувствительных материалах на основе палладия (Pd). Хотя эти исследования продемонстрировали отличные результаты по определенным показателям эффективности, они не соответствовали всем желаемым параметрам, а их коммерциализация была ограничена из-за сложности пакетной обработки.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская группа разработала датчик, который удовлетворяет всем показателям производительности, сочетая независимую микро/наноструктуру и технологию обработки на основе материалов из чистого палладия. Исследователи применили метод электрохимического осаждения для создания микро/наноструктур из чистого палладия. Эта структура обеспечивает высокую чувствительность и быстрое время отклика. Кроме того, исследования показали, что датчик стабильно работает в широком диапазоне концентраций водорода.
Источник:
Мин Сын Джо и др., Сверхбыстрое (~0,6 с), надежное и высоколинейное обнаружение водорода до 10% с использованием полностью взвешенной нанопроволоки из чистого Pd (Min-Seung Jo et al, Ultrafast (∼0.6 s), Robust, and Highly Linear Hydrogen Detection up to 10% Using Fully Suspended Pure Pd Nanowire), ACS Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.3c06806
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
С ростом популярности экологически чистых водородных технологий возрастает необходимость в высокоэффективных датчиках утечек водорода. Мы же не хотим второго гинденбурга, правда? Среди прочих задач особое внимание привлекает разработка технологии обнаружения утечек водорода в течение одной секунды, что соответствует стандартам Министерства энергетики США.
Команда из Корейского института передовых технологий (KAIST) под руководством доктора Мин-Сын Джо и профессора Джун-Бо Юна кафедры электротехники и электроники успешно достигла всех желаемых показателей производительности согласно всемирно признанным стандартам. Это стало возможным благодаря сотрудничеству с группой исследования материалов в области электромагнитной энергии в Центре фундаментальных материалов Hyundai Motor Company и профессором Мин-Хо Со из Пусанского национального университета. 10 января исследовательская группа объявила о разработке первого в мире датчика водорода со скоростью срабатывания менее 0,6 секунды.
Стремясь создать технологию обнаружения водорода, которая будет более быстрой и стабильной, чем существующие коммерческие датчики водорода, команда KAIST в 2021 году приступила к разработке датчика водорода следующего поколения совместно с Hyundai Motor Company. После двух лет упорной работы им удалось достичь поставленной цели. Исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.
Традиционные исследования датчиков водорода в основном сосредоточены на чувствительных материалах на основе палладия (Pd). Хотя эти исследования продемонстрировали отличные результаты по определенным показателям эффективности, они не соответствовали всем желаемым параметрам, а их коммерциализация была ограничена из-за сложности пакетной обработки.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская группа разработала датчик, который удовлетворяет всем показателям производительности, сочетая независимую микро/наноструктуру и технологию обработки на основе материалов из чистого палладия. Исследователи применили метод электрохимического осаждения для создания микро/наноструктур из чистого палладия. Эта структура обеспечивает высокую чувствительность и быстрое время отклика. Кроме того, исследования показали, что датчик стабильно работает в широком диапазоне концентраций водорода.
Источник:
Мин Сын Джо и др., Сверхбыстрое (~0,6 с), надежное и высоколинейное обнаружение водорода до 10% с использованием полностью взвешенной нанопроволоки из чистого Pd (Min-Seung Jo et al, Ultrafast (∼0.6 s), Robust, and Highly Linear Hydrogen Detection up to 10% Using Fully Suspended Pure Pd Nanowire), ACS Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.3c06806
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍4
Оптическое обучение нейросетей: убийца кремниевых чипов или тупик?
В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к применению искусственного интеллекта (ИИ) в самых разных областях. Однако современные модели ИИ, использующие миллиарды обучаемых параметров, требуют огромного объема памяти и вычислительных мощностей, что приводит к высоким затратам на обучение и развертывание. Это побуждает исследователей искать новые пути снижения вычислительных и энергетических затрат, связанных с использованием ИИ.
Одним из перспективных направлений в этой области является оптическая реализация архитектур нейронных сетей. Оптические системы обладают рядом преимуществ перед традиционными кремниевыми чипами, включая низкие потери сигнала, высокую скорость передачи данных и возможность параллельной обработки информации. Это делает оптические системы привлекательными для решения задач, требующих высокой производительности и энергоэффективности.
Недавно в журнале Advanced Photonics было опубликовано исследование группы ученых из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL), в котором они представили новый подход к оптической реализации нейронных сетей. Исследователи использовали многомодовые волокна для передачи света и небольшой набор программируемых в цифровом виде параметров, что позволило им достичь такой же производительности в задачах классификации изображений, как и полностью цифровые системы с более чем в 100 раз большим количеством программируемых параметров.
Этот подход оптимизирует требования к памяти и снижает потребность в энергоемких цифровых процессах, обеспечивая при этом одинаковый уровень точности в различных задачах машинного обучения. Исследователи также показали, что их система способна выполнять нелинейные оптические вычисления с использованием микроватт средней оптической мощности, что является значительным шагом вперед в реализации потенциала оптических нейронных сетей.
Результаты этого исследования демонстрируют потенциал оптических систем для обучения нейросетей с использованием значительно меньшего количества параметров и энергии, чем традиционные кремниевые чипы. Это открывает новые возможности для создания энергоэффективных и высокопроизводительных систем ИИ, которые могут быть использованы в различных приложениях, включая распознавание образов, обработку естественного языка и автономное вождение.
Однако, несмотря на многообещающие результаты, существуют и некоторые ограничения, связанные с оптической реализацией нейронных сетей. Одним из основных недостатков является сложность и высокая стоимость оптических компонентов, необходимых для построения таких систем. Кроме того, оптические системы более чувствительны к шуму и помехам, что может привести к ошибкам в вычислениях. Для решения этих проблем требуются дальнейшие исследования и разработки.
Источник:
Илькер Огуз и др., Программирование нелинейного распространения для эффективных оптических обучающихся машин (Ilker Oguz et al, Programming nonlinear propagation for efficient optical learning machines), Advanced Photonics (2024). DOI: 10.1117/1.AP.6.1.016002
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к применению искусственного интеллекта (ИИ) в самых разных областях. Однако современные модели ИИ, использующие миллиарды обучаемых параметров, требуют огромного объема памяти и вычислительных мощностей, что приводит к высоким затратам на обучение и развертывание. Это побуждает исследователей искать новые пути снижения вычислительных и энергетических затрат, связанных с использованием ИИ.
Одним из перспективных направлений в этой области является оптическая реализация архитектур нейронных сетей. Оптические системы обладают рядом преимуществ перед традиционными кремниевыми чипами, включая низкие потери сигнала, высокую скорость передачи данных и возможность параллельной обработки информации. Это делает оптические системы привлекательными для решения задач, требующих высокой производительности и энергоэффективности.
Недавно в журнале Advanced Photonics было опубликовано исследование группы ученых из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL), в котором они представили новый подход к оптической реализации нейронных сетей. Исследователи использовали многомодовые волокна для передачи света и небольшой набор программируемых в цифровом виде параметров, что позволило им достичь такой же производительности в задачах классификации изображений, как и полностью цифровые системы с более чем в 100 раз большим количеством программируемых параметров.
Этот подход оптимизирует требования к памяти и снижает потребность в энергоемких цифровых процессах, обеспечивая при этом одинаковый уровень точности в различных задачах машинного обучения. Исследователи также показали, что их система способна выполнять нелинейные оптические вычисления с использованием микроватт средней оптической мощности, что является значительным шагом вперед в реализации потенциала оптических нейронных сетей.
Результаты этого исследования демонстрируют потенциал оптических систем для обучения нейросетей с использованием значительно меньшего количества параметров и энергии, чем традиционные кремниевые чипы. Это открывает новые возможности для создания энергоэффективных и высокопроизводительных систем ИИ, которые могут быть использованы в различных приложениях, включая распознавание образов, обработку естественного языка и автономное вождение.
Однако, несмотря на многообещающие результаты, существуют и некоторые ограничения, связанные с оптической реализацией нейронных сетей. Одним из основных недостатков является сложность и высокая стоимость оптических компонентов, необходимых для построения таких систем. Кроме того, оптические системы более чувствительны к шуму и помехам, что может привести к ошибкам в вычислениях. Для решения этих проблем требуются дальнейшие исследования и разработки.
Источник:
Илькер Огуз и др., Программирование нелинейного распространения для эффективных оптических обучающихся машин (Ilker Oguz et al, Programming nonlinear propagation for efficient optical learning machines), Advanced Photonics (2024). DOI: 10.1117/1.AP.6.1.016002
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Кремниевые аноды для твердотельных аккумуляторов: шаг к следующему поколению батарей
Высокопроизводительные аккумуляторы необходимы для широкого спектра применений, включая электромобили, смартфоны, ноутбуки и другие портативные устройства. Спрос на более емкие, легкие и долговечные батареи постоянно растет. Одним из наиболее перспективных направлений в области разработки аккумуляторов является создание твердотельных батарей.
Твердотельные аккумуляторы отличаются от традиционных литий-ионных аккумуляторов тем, что в них вместо жидкого электролита используется твердый электролит. Твердый электролит обеспечивает ряд преимуществ, включая более высокую плотность энергии, увеличенный срок службы и повышенную безопасность. Однако создание твердотельных аккумуляторов с высокими характеристиками является сложной задачей. Одним из ключевых компонентов твердотельных аккумуляторов является анод. Анод отвечает за хранение лития. Кремний является одним из наиболее перспективных материалов для анодов твердотельных аккумуляторов, благодаря своей высокой емкости и низкому потенциалу. Однако кремниевые аноды имеют ряд недостатков, включая нестабильность и механические разрушения при циклировании.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature Materials, исследователи из Университета Юстуса Либиха в Гиссене, Университета Марбурга, Института исследований железа Макса Планка и Университета Торонто представили результаты исследования свойств кремниевых анодов в твердотельных батареях. Исследователи использовали различные экспериментальные и теоретические методы для количественной оценки переноса лития в электроде, сильного механического изменения объема кремния во время процессов зарядки и разрядки и реакции с твердым электролитом.
Результаты исследования показали, что кремниевые аноды обладают большим потенциалом для улучшения характеристик твердотельных аккумуляторов. Исследователи разработали новый подход к модификации поверхности кремниевых анодов, который позволил повысить их стабильность и устойчивость к механическим разрушениям. Кроме того, исследователи предложили новый механизм реакции кремния с твердым электролитом, который объясняет наблюдаемое поведение кремниевых анодов при циклировании.
Источник:
Ханью Хо и др., Химико-механические механизмы разрушения кремниевого анода в твердотельных батареях (Hanyu Huo et al, Chemo-mechanical failure mechanisms of the silicon anode in solid-state batteries), Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-023-01792-x
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Высокопроизводительные аккумуляторы необходимы для широкого спектра применений, включая электромобили, смартфоны, ноутбуки и другие портативные устройства. Спрос на более емкие, легкие и долговечные батареи постоянно растет. Одним из наиболее перспективных направлений в области разработки аккумуляторов является создание твердотельных батарей.
Твердотельные аккумуляторы отличаются от традиционных литий-ионных аккумуляторов тем, что в них вместо жидкого электролита используется твердый электролит. Твердый электролит обеспечивает ряд преимуществ, включая более высокую плотность энергии, увеличенный срок службы и повышенную безопасность. Однако создание твердотельных аккумуляторов с высокими характеристиками является сложной задачей. Одним из ключевых компонентов твердотельных аккумуляторов является анод. Анод отвечает за хранение лития. Кремний является одним из наиболее перспективных материалов для анодов твердотельных аккумуляторов, благодаря своей высокой емкости и низкому потенциалу. Однако кремниевые аноды имеют ряд недостатков, включая нестабильность и механические разрушения при циклировании.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature Materials, исследователи из Университета Юстуса Либиха в Гиссене, Университета Марбурга, Института исследований железа Макса Планка и Университета Торонто представили результаты исследования свойств кремниевых анодов в твердотельных батареях. Исследователи использовали различные экспериментальные и теоретические методы для количественной оценки переноса лития в электроде, сильного механического изменения объема кремния во время процессов зарядки и разрядки и реакции с твердым электролитом.
Результаты исследования показали, что кремниевые аноды обладают большим потенциалом для улучшения характеристик твердотельных аккумуляторов. Исследователи разработали новый подход к модификации поверхности кремниевых анодов, который позволил повысить их стабильность и устойчивость к механическим разрушениям. Кроме того, исследователи предложили новый механизм реакции кремния с твердым электролитом, который объясняет наблюдаемое поведение кремниевых анодов при циклировании.
Источник:
Ханью Хо и др., Химико-механические механизмы разрушения кремниевого анода в твердотельных батареях (Hanyu Huo et al, Chemo-mechanical failure mechanisms of the silicon anode in solid-state batteries), Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-023-01792-x
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Графен вместо песка в бетоне
Зависимость мира от бетона, который является вторым по распространенности материалом после воды, привела к экологическому и ресурсному кризису. Темпы добычи песка значительно превышают естественное пополнение запасов, что вызывает серьезные проблемы для окружающей среды.
Исследование, проведенное учеными из Университета Райса и опубликованное в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, предлагает инновационное решение этой проблемы. Исследователи обнаружили, что графен, полученный из металлургического кокса, побочного продукта производства стали, может стать эффективной заменой песка в бетоне. Да-да, опять этот графен...
Графен обладает рядом уникальных свойств, которые делают его идеальным материалом для использования в качестве заполнителя в бетоне. Он чрезвычайно прочный, легкий и обладает высокой адгезией к цементу. Кроме того, он не подвержен коррозии и обладает огнестойкостью.
В ходе исследования ученые сравнили бетон, изготовленный с использованием графенового заполнителя, с бетоном, изготовленным с использованием традиционных песчаных заполнителей. Результаты показали, что бетон на основе графена был на 25% легче, но при этом обладал такой же прочностью, как и бетон на основе песка.
Это открытие может иметь значительное влияние на строительную отрасль. Использование графена в качестве заменителя песка позволит снизить потребность в добыче песка, что приведет к сокращению экологических последствий. Кроме того, более легкий и прочный бетон может снизить вес зданий, что приведет к экономии энергии и сокращению выбросов углекислого газа.
Однако, несмотря на многообещающие результаты исследования, необходимы дополнительные исследования для оценки долговечности и поведения бетона на основе графена в различных условиях. Кроме того, необходимо разработать экономически эффективные методы производства графена в больших масштабах.
Источник:
Пол А. Адвинкула и др., Замена бетонных заполнителей мгновенным графеном, полученным из угля (Paul A. Advincula et al, Replacement of Concrete Aggregates with Coal-Derived Flash Graphene), ACS Applied Materials & Interfaces (2023). DOI: 10.1021/acsami.3c15156
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Зависимость мира от бетона, который является вторым по распространенности материалом после воды, привела к экологическому и ресурсному кризису. Темпы добычи песка значительно превышают естественное пополнение запасов, что вызывает серьезные проблемы для окружающей среды.
Исследование, проведенное учеными из Университета Райса и опубликованное в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, предлагает инновационное решение этой проблемы. Исследователи обнаружили, что графен, полученный из металлургического кокса, побочного продукта производства стали, может стать эффективной заменой песка в бетоне. Да-да, опять этот графен...
Графен обладает рядом уникальных свойств, которые делают его идеальным материалом для использования в качестве заполнителя в бетоне. Он чрезвычайно прочный, легкий и обладает высокой адгезией к цементу. Кроме того, он не подвержен коррозии и обладает огнестойкостью.
В ходе исследования ученые сравнили бетон, изготовленный с использованием графенового заполнителя, с бетоном, изготовленным с использованием традиционных песчаных заполнителей. Результаты показали, что бетон на основе графена был на 25% легче, но при этом обладал такой же прочностью, как и бетон на основе песка.
Это открытие может иметь значительное влияние на строительную отрасль. Использование графена в качестве заменителя песка позволит снизить потребность в добыче песка, что приведет к сокращению экологических последствий. Кроме того, более легкий и прочный бетон может снизить вес зданий, что приведет к экономии энергии и сокращению выбросов углекислого газа.
Однако, несмотря на многообещающие результаты исследования, необходимы дополнительные исследования для оценки долговечности и поведения бетона на основе графена в различных условиях. Кроме того, необходимо разработать экономически эффективные методы производства графена в больших масштабах.
Источник:
Пол А. Адвинкула и др., Замена бетонных заполнителей мгновенным графеном, полученным из угля (Paul A. Advincula et al, Replacement of Concrete Aggregates with Coal-Derived Flash Graphene), ACS Applied Materials & Interfaces (2023). DOI: 10.1021/acsami.3c15156
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍6
Биогибридные роботы: сочетание биологии и механики
В последние годы все большее внимание привлекают исследования биогибридных роботов, которые представляют собой сочетание биологии и механики. Такие роботы обладают уникальными возможностями, которые недоступны традиционным механическим роботам.
Одним из ярких примеров биогибридных роботов является двуногий робот, созданный исследователями из Токийского университета, Япония. Этот робот, опубликованный 26 января в журнале Matter, способен ходить и поворачиваться благодаря использованию мышечных тканей в качестве приводов.
Автором-корреспондентом этого исследования является Сёдзи Такеучи из Токийского университета, Япония. Он говорит: "Использование мышц в качестве приводов позволяет нам построить компактного робота и добиться эффективных, бесшумных движений с мягким прикосновением".
Ранее созданные биогибридные роботы, использующие мышцы, могли ползать и плавать прямо вперед, но не могли поворачивать. Способность поворачивать и совершать резкие повороты является важной функцией роботов, позволяющей избегать препятствий.
Чтобы создать более ловкого робота с тонкими и деликатными движениями, исследователи разработали биогибридного робота, который имитирует человеческую походку и работает в воде.
Робот имеет пенопластовый буй и утяжеленные ноги, которые помогают ему стоять прямо под водой. Скелет робота в основном сделан из силиконовой резины, которая может сгибаться и изгибаться в соответствии с движениями мышц.
Затем исследователи прикрепили полоски выращенных в лаборатории тканей скелетных мышц к силиконовой резине и каждой ноге. Когда исследователи воздействовали на мышечную ткань электричеством, мышца сокращалась, поднимая ногу вверх. Пятка ноги приземлилась вперед, когда электричество рассеялось.
Поочередно проводя электростимуляцию левой и правой ноги каждые пять секунд, биогибридный робот смог ходить и поворачивать под водой.
Источник:
Биогибридный двуногий робот, работающий на основе скелетных мышц (Biohybrid bipedal robot powered by skeletal muscle tissue), Matter (2024). DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.035
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
В последние годы все большее внимание привлекают исследования биогибридных роботов, которые представляют собой сочетание биологии и механики. Такие роботы обладают уникальными возможностями, которые недоступны традиционным механическим роботам.
Одним из ярких примеров биогибридных роботов является двуногий робот, созданный исследователями из Токийского университета, Япония. Этот робот, опубликованный 26 января в журнале Matter, способен ходить и поворачиваться благодаря использованию мышечных тканей в качестве приводов.
Автором-корреспондентом этого исследования является Сёдзи Такеучи из Токийского университета, Япония. Он говорит: "Использование мышц в качестве приводов позволяет нам построить компактного робота и добиться эффективных, бесшумных движений с мягким прикосновением".
Ранее созданные биогибридные роботы, использующие мышцы, могли ползать и плавать прямо вперед, но не могли поворачивать. Способность поворачивать и совершать резкие повороты является важной функцией роботов, позволяющей избегать препятствий.
Чтобы создать более ловкого робота с тонкими и деликатными движениями, исследователи разработали биогибридного робота, который имитирует человеческую походку и работает в воде.
Робот имеет пенопластовый буй и утяжеленные ноги, которые помогают ему стоять прямо под водой. Скелет робота в основном сделан из силиконовой резины, которая может сгибаться и изгибаться в соответствии с движениями мышц.
Затем исследователи прикрепили полоски выращенных в лаборатории тканей скелетных мышц к силиконовой резине и каждой ноге. Когда исследователи воздействовали на мышечную ткань электричеством, мышца сокращалась, поднимая ногу вверх. Пятка ноги приземлилась вперед, когда электричество рассеялось.
Поочередно проводя электростимуляцию левой и правой ноги каждые пять секунд, биогибридный робот смог ходить и поворачивать под водой.
Источник:
Биогибридный двуногий робот, работающий на основе скелетных мышц (Biohybrid bipedal robot powered by skeletal muscle tissue), Matter (2024). DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.035
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Энергия от тепла и электричества
Одна из причин, по которой сейчас активно ищут альтернативные источники энергии - не только климатическая повестка. Мы покидаем эпоху дешёвых энергоносителей. В будущем хранение и извлечение энергии будет всё дороже, и технологии альтернативных источников могут в этом помочь, конечно. Но есть и другой путь - тратить энергию более рационально и эффективно, а если чать энергии улетучилась - попытаться снова её уловить. Второй закон термодинамики. Энергия стремится к рассеянию, но этому можно воспрепятствовать. Это как в современных электромобилях: за счёт рекуперации - режима, когда автомобиль движется по инерции, а моторы работают как генераторы - экономится очень много энергии и КПД электромобиля может достигать 90-95%.
Исследовательская группа из Корейского института науки и технологий (KIST) под руководством докторов Хён Чхоль Сона и Сонхуна Хура разработала новый тип гибридной системы сбора энергии, которая сочетает в себе термоэлектрический и пьезоэлектрический эффекты. Благодаря этому удалось увеличить выработку энергии более чем на 50% по сравнению с традиционными методами.
Исследовательская группа из Корейского института науки и технологий (KIST) под руководством докторов Хён Чхоль Сона и Сонхуна Хура разработала новый тип гибридной системы сбора энергии, которая сочетает в себе термоэлектрический и пьезоэлектрический эффекты. Благодаря этому удалось увеличить выработку энергии более чем на 50% по сравнению с традиционными методами.
Для улучшения эффекта рассеивания тепла в вибрационной среде исследователи использовали кантилевер вместо традиционного радиатора. Кантилевер представляет собой свободно закрепленную балку, которая колеблется под воздействием вибрации. Это позволяет увеличить выход термоэлектрического устройства более чем на 25%.
Кроме того, исследователи разработали гибридную структуру сбора энергии, в которой пьезоэлектрический генератор расположен между термоэлектрическими генераторами. Такая структура позволяет эффективно собирать энергию как от тепла, так и от вибрации, создавая синергетический эффект.
Источник:
Сын-Бум Ким и др., Синергетический эффект пьезоэлектрического устройства сбора энергии для повышения термоэлектрической энергии: эффективный гибридный метод сбора энергии (Seung-Bum Kim et al, A synergetic effect of piezoelectric energy harvester to enhance thermoelectric Power: An effective hybrid energy harvesting method), Energy Conversion and Management (2023). DOI: 10.1016/j.enconman.2023.117774
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Одна из причин, по которой сейчас активно ищут альтернативные источники энергии - не только климатическая повестка. Мы покидаем эпоху дешёвых энергоносителей. В будущем хранение и извлечение энергии будет всё дороже, и технологии альтернативных источников могут в этом помочь, конечно. Но есть и другой путь - тратить энергию более рационально и эффективно, а если чать энергии улетучилась - попытаться снова её уловить. Второй закон термодинамики. Энергия стремится к рассеянию, но этому можно воспрепятствовать. Это как в современных электромобилях: за счёт рекуперации - режима, когда автомобиль движется по инерции, а моторы работают как генераторы - экономится очень много энергии и КПД электромобиля может достигать 90-95%.
Исследовательская группа из Корейского института науки и технологий (KIST) под руководством докторов Хён Чхоль Сона и Сонхуна Хура разработала новый тип гибридной системы сбора энергии, которая сочетает в себе термоэлектрический и пьезоэлектрический эффекты. Благодаря этому удалось увеличить выработку энергии более чем на 50% по сравнению с традиционными методами.
Исследовательская группа из Корейского института науки и технологий (KIST) под руководством докторов Хён Чхоль Сона и Сонхуна Хура разработала новый тип гибридной системы сбора энергии, которая сочетает в себе термоэлектрический и пьезоэлектрический эффекты. Благодаря этому удалось увеличить выработку энергии более чем на 50% по сравнению с традиционными методами.
Для улучшения эффекта рассеивания тепла в вибрационной среде исследователи использовали кантилевер вместо традиционного радиатора. Кантилевер представляет собой свободно закрепленную балку, которая колеблется под воздействием вибрации. Это позволяет увеличить выход термоэлектрического устройства более чем на 25%.
Кроме того, исследователи разработали гибридную структуру сбора энергии, в которой пьезоэлектрический генератор расположен между термоэлектрическими генераторами. Такая структура позволяет эффективно собирать энергию как от тепла, так и от вибрации, создавая синергетический эффект.
Источник:
Сын-Бум Ким и др., Синергетический эффект пьезоэлектрического устройства сбора энергии для повышения термоэлектрической энергии: эффективный гибридный метод сбора энергии (Seung-Bum Kim et al, A synergetic effect of piezoelectric energy harvester to enhance thermoelectric Power: An effective hybrid energy harvesting method), Energy Conversion and Management (2023). DOI: 10.1016/j.enconman.2023.117774
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍4
Сверхтвердое состояние вещества: открытие китайских физиков
Сверхпроводимость, сверхтекучесть, недавно - сверхсмазывание (или сверхскольжение), а теперь - сверхтвёрдость. Уже четвёртый из списка суперспособностей материалов. Группа китайских физиков из нескольких институтов впервые в мире наблюдала материал в сверхтвердой фазе материи. Статья об их исследовании была опубликована в журнале Nature.
Сверхтвердое тело — это материал, который одновременно обладает свойствами твердого тела и сверхтекучести, то есть его частицы могут свободно перемещаться без трения. Теоретическая возможность существования таких материалов была предсказана еще в 1970-х годах Энтони Леггеттом, но до сих пор их не удавалось найти в природе или синтезировать в лаборатории.
Чтобы создать сверхтвердое тело, исследователи использовали соединение NBCP (ниобий-бор-углерод-фосфор), которое обладает уникальной структурой атомов, расположенных в треугольных решетках. Подвергая NBCP воздействию магнитного поля, ученые обнаружили, что все его атомы начинают вращаться в одном направлении. Однако когда магнитное поле снимается, атомы стремятся ориентироваться со спином, противоположным спину их соседей, но из-за ограниченности возможных ориентаций в треугольной структуре возникает эффект «разочарования».
Это наблюдение показало, что при правильных условиях NBCP может существовать как супертвердое тело. Чтобы создать такие условия, ученые построили специальный прибор для измерения магнитокалорического эффекта, который позволил им составить карту энтропийного состояния вещества. Сравнив полученные результаты с теоретическими расчетами, исследователи убедились, что находятся на правильном пути.
Для окончательного подтверждения сверхтвердого состояния вещества ученые провели нейтронографические измерения и сравнили их с теоретическими предсказаниями. Результаты подтвердили, что NBCP действительно переходит в сверхтвердое состояние при определенных условиях.
Источник:
Юнсен Сян и др., Гигантский магнитокалорический эффект в кандидате в спиновое сверхтвердое вещество Na2BaCo(PO4)2 (Junsen Xiang et al, Giant magnetocaloric effect in spin supersolid candidate Na2BaCo(PO4)2), Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06885-w
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Сверхпроводимость, сверхтекучесть, недавно - сверхсмазывание (или сверхскольжение), а теперь - сверхтвёрдость. Уже четвёртый из списка суперспособностей материалов. Группа китайских физиков из нескольких институтов впервые в мире наблюдала материал в сверхтвердой фазе материи. Статья об их исследовании была опубликована в журнале Nature.
Сверхтвердое тело — это материал, который одновременно обладает свойствами твердого тела и сверхтекучести, то есть его частицы могут свободно перемещаться без трения. Теоретическая возможность существования таких материалов была предсказана еще в 1970-х годах Энтони Леггеттом, но до сих пор их не удавалось найти в природе или синтезировать в лаборатории.
Чтобы создать сверхтвердое тело, исследователи использовали соединение NBCP (ниобий-бор-углерод-фосфор), которое обладает уникальной структурой атомов, расположенных в треугольных решетках. Подвергая NBCP воздействию магнитного поля, ученые обнаружили, что все его атомы начинают вращаться в одном направлении. Однако когда магнитное поле снимается, атомы стремятся ориентироваться со спином, противоположным спину их соседей, но из-за ограниченности возможных ориентаций в треугольной структуре возникает эффект «разочарования».
Это наблюдение показало, что при правильных условиях NBCP может существовать как супертвердое тело. Чтобы создать такие условия, ученые построили специальный прибор для измерения магнитокалорического эффекта, который позволил им составить карту энтропийного состояния вещества. Сравнив полученные результаты с теоретическими расчетами, исследователи убедились, что находятся на правильном пути.
Для окончательного подтверждения сверхтвердого состояния вещества ученые провели нейтронографические измерения и сравнили их с теоретическими предсказаниями. Результаты подтвердили, что NBCP действительно переходит в сверхтвердое состояние при определенных условиях.
Источник:
Юнсен Сян и др., Гигантский магнитокалорический эффект в кандидате в спиновое сверхтвердое вещество Na2BaCo(PO4)2 (Junsen Xiang et al, Giant magnetocaloric effect in spin supersolid candidate Na2BaCo(PO4)2), Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06885-w
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Искусственный интеллект на основе коллоидных частиц: новый подход к вычислениям
Искусственный интеллект (ИИ) быстро развивается и имеет потенциал революционизировать многие аспекты нашей жизни. Традиционно ИИ использует цифровые вычисления, выполняемые на микроэлектронных чипах. Однако в последние годы исследователи заинтересовались возможностью использования физических систем для ИИ. Такие системы, известные как физические резервуары, используют динамику физических процессов, таких как водные поверхности, бактерии или модели щупалец осьминога, для выполнения вычислений.
Недавно физики из Лейпцигского университета создали тип нейронной сети, работающей не с электричеством, а с так называемыми активными коллоидными частицами. Коллоидные частицы — это частицы, тонко диспергированные в их дисперсионной среде (твердой, газовой или жидкой). Для своих экспериментов физики разработали крошечные агрегаты из пластика и наночастиц золота, в которых одна частица вращается вокруг другой, приводимая в движение лазером.
Эти устройства обладают определенными физическими свойствами, которые делают их интересными для расчета пластов. «Каждая из этих единиц может обрабатывать информацию, и многие единицы составляют так называемый резервуар. Мы изменяем вращательное движение частиц в резервуаре с помощью входного сигнала. Результирующее вращение содержит результат вычислений», — объясняет доктор. Сянцзунь Ван. «Как и многие нейронные сети, систему необходимо обучить выполнять определенные вычисления».
Новым аспектом работы Лейпцигского университета является использование коллоидных частиц в качестве физической системы для ИИ и прогнозирования временных рядов. Исследователи обнаружили, что коллоидные частицы можно использовать для выполнения вычислений, аналогичных вычислениям, выполняемым электрическими нейронными сетями. Это открывает возможность использования коллоидных частиц для создания новых типов компьютеров и других устройств, использующих ИИ.
Исследователи также обнаружили, что коллоидные частицы можно использовать для прогнозирования временных рядов. Временной ряд — это последовательность данных, взятых в течение определенного периода времени. Коллоидные частицы можно научить распознавать закономерности во временных рядах и использовать эту информацию для прогнозирования будущих значений. Это делает коллоидные частицы потенциально полезными для таких приложений, как прогнозирование погоды, прогнозирование спроса и обнаружение аномалий.
Источник:
Юнсен Сян и др., Гигантский магнитокалорический эффект в кандидате в спиновое сверхтвердое вещество Na2BaCo(PO4)2 (Junsen Xiang et al, Giant magnetocaloric effect in spin supersolid candidate Na2BaCo(PO4)2), Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06885-w
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Искусственный интеллект (ИИ) быстро развивается и имеет потенциал революционизировать многие аспекты нашей жизни. Традиционно ИИ использует цифровые вычисления, выполняемые на микроэлектронных чипах. Однако в последние годы исследователи заинтересовались возможностью использования физических систем для ИИ. Такие системы, известные как физические резервуары, используют динамику физических процессов, таких как водные поверхности, бактерии или модели щупалец осьминога, для выполнения вычислений.
Недавно физики из Лейпцигского университета создали тип нейронной сети, работающей не с электричеством, а с так называемыми активными коллоидными частицами. Коллоидные частицы — это частицы, тонко диспергированные в их дисперсионной среде (твердой, газовой или жидкой). Для своих экспериментов физики разработали крошечные агрегаты из пластика и наночастиц золота, в которых одна частица вращается вокруг другой, приводимая в движение лазером.
Эти устройства обладают определенными физическими свойствами, которые делают их интересными для расчета пластов. «Каждая из этих единиц может обрабатывать информацию, и многие единицы составляют так называемый резервуар. Мы изменяем вращательное движение частиц в резервуаре с помощью входного сигнала. Результирующее вращение содержит результат вычислений», — объясняет доктор. Сянцзунь Ван. «Как и многие нейронные сети, систему необходимо обучить выполнять определенные вычисления».
Новым аспектом работы Лейпцигского университета является использование коллоидных частиц в качестве физической системы для ИИ и прогнозирования временных рядов. Исследователи обнаружили, что коллоидные частицы можно использовать для выполнения вычислений, аналогичных вычислениям, выполняемым электрическими нейронными сетями. Это открывает возможность использования коллоидных частиц для создания новых типов компьютеров и других устройств, использующих ИИ.
Исследователи также обнаружили, что коллоидные частицы можно использовать для прогнозирования временных рядов. Временной ряд — это последовательность данных, взятых в течение определенного периода времени. Коллоидные частицы можно научить распознавать закономерности во временных рядах и использовать эту информацию для прогнозирования будущих значений. Это делает коллоидные частицы потенциально полезными для таких приложений, как прогнозирование погоды, прогнозирование спроса и обнаружение аномалий.
Источник:
Юнсен Сян и др., Гигантский магнитокалорический эффект в кандидате в спиновое сверхтвердое вещество Na2BaCo(PO4)2 (Junsen Xiang et al, Giant magnetocaloric effect in spin supersolid candidate Na2BaCo(PO4)2), Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06885-w
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2