Искусственный интеллект для прогнозирования динамики сложных систем
Ученые Политехнического университета Милана (отделение математики) Франческо Регаццони, Стефано Пагани и Маттео Сальвадор представили инновационный тип искусственной нейронной сети, названный "Сеть скрытой динамики" (LDNet), который открывает новые перспективы в изучении эволюции систем с пространственно-временной динамикой в ответ на внешние воздействия. Предсказание эволюции сложных систем является ключевым для научного прогресса. Традиционные подходы, основанные на численных моделированиях и математических моделях, часто характеризуются запредельной стоимостью и вычислительным временем, что ограничивает их применимость в конкретных ситуациях. Новизной, представленной исследователями Политехнического университета, является использование методов искусственного интеллекта для описания эволюции систем в низкоразмерных пространствах, что позволяет достичь точных прогнозов в крайне короткие сроки.
Традиционное использование дифференциальных уравнений для моделирования пространственно-временных явлений, таких как динамика жидкостей, распространение волн и молекулярная динамика, представляет существенные математические и вычислительные сложности. Как отмечают исследователи Политехнического университета, методы, основанные на данных, представляют новый парадигму, которая может преодолеть эти ограничения. Методы, основанные на данных, могут изучать напрямую экспериментальные данные или создавать заменители для моделей с высокой точностью, что позволяет получать результаты быстрее и эффективнее.
В данном исследовании исследователи Политехнического университета представили Сети скрытой динамики (LDNet), которые вносят значительные инновации по сравнению с существующими методологиями. Такие нейронные сети способны автоматически обнаруживать внутреннюю динамику физической системы, изучаемой путем представления ее состояния с помощью небольшого числа переменных, называемых скрытыми переменными. В сравнении с методами, основанными на данных, состояние которых рассматривается в пространстве большей размерности, LDNet позволяют более эффективно и точно описывать сложные системы с пространственно-временной динамикой.
Исследователи провели серию экспериментов, используя LDNet для моделирования различных пространственно-временных процессов, таких как распространение звука в среде с переменной плотностью и динамика турбулентного потока. Результаты показали, что LDNet способны достичь высокой точности прогнозирования эволюции этих систем в кратчайшие сроки. Это открывает новые возможности для более глубокого понимания пространственно-временных процессов и их управления в различных областях науки и техники.
В будущем, ученые планируют дальнейшее развитие LDNet и его применение в реальных приложениях, таких как прогнозирование погоды, моделирование транспортных потоков и управление энергетическими системами. Это может привести к более точным и эффективным методам анализа и управления сложными системами с пространственно-временной динамикой, что имеет большое значение для научного и технического прогресса.
Источник:
Франческо Регаццони и др., Изучение внутренней динамики пространственно-временных процессов с помощью сетей скрытой динамики (Francesco Regazzoni et al, Learning the intrinsic dynamics of spatio-temporal processes through Latent Dynamics Networks), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45323-x
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Ученые Политехнического университета Милана (отделение математики) Франческо Регаццони, Стефано Пагани и Маттео Сальвадор представили инновационный тип искусственной нейронной сети, названный "Сеть скрытой динамики" (LDNet), который открывает новые перспективы в изучении эволюции систем с пространственно-временной динамикой в ответ на внешние воздействия. Предсказание эволюции сложных систем является ключевым для научного прогресса. Традиционные подходы, основанные на численных моделированиях и математических моделях, часто характеризуются запредельной стоимостью и вычислительным временем, что ограничивает их применимость в конкретных ситуациях. Новизной, представленной исследователями Политехнического университета, является использование методов искусственного интеллекта для описания эволюции систем в низкоразмерных пространствах, что позволяет достичь точных прогнозов в крайне короткие сроки.
Традиционное использование дифференциальных уравнений для моделирования пространственно-временных явлений, таких как динамика жидкостей, распространение волн и молекулярная динамика, представляет существенные математические и вычислительные сложности. Как отмечают исследователи Политехнического университета, методы, основанные на данных, представляют новый парадигму, которая может преодолеть эти ограничения. Методы, основанные на данных, могут изучать напрямую экспериментальные данные или создавать заменители для моделей с высокой точностью, что позволяет получать результаты быстрее и эффективнее.
В данном исследовании исследователи Политехнического университета представили Сети скрытой динамики (LDNet), которые вносят значительные инновации по сравнению с существующими методологиями. Такие нейронные сети способны автоматически обнаруживать внутреннюю динамику физической системы, изучаемой путем представления ее состояния с помощью небольшого числа переменных, называемых скрытыми переменными. В сравнении с методами, основанными на данных, состояние которых рассматривается в пространстве большей размерности, LDNet позволяют более эффективно и точно описывать сложные системы с пространственно-временной динамикой.
Исследователи провели серию экспериментов, используя LDNet для моделирования различных пространственно-временных процессов, таких как распространение звука в среде с переменной плотностью и динамика турбулентного потока. Результаты показали, что LDNet способны достичь высокой точности прогнозирования эволюции этих систем в кратчайшие сроки. Это открывает новые возможности для более глубокого понимания пространственно-временных процессов и их управления в различных областях науки и техники.
В будущем, ученые планируют дальнейшее развитие LDNet и его применение в реальных приложениях, таких как прогнозирование погоды, моделирование транспортных потоков и управление энергетическими системами. Это может привести к более точным и эффективным методам анализа и управления сложными системами с пространственно-временной динамикой, что имеет большое значение для научного и технического прогресса.
Источник:
Франческо Регаццони и др., Изучение внутренней динамики пространственно-временных процессов с помощью сетей скрытой динамики (Francesco Regazzoni et al, Learning the intrinsic dynamics of spatio-temporal processes through Latent Dynamics Networks), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45323-x
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Голографическая камера на основе жидких линз снимает настоящие 3D-сцены
Современные технологии голографии могут восстанавливать полную информацию о световом поле записанного объекта, что имеет важное применение в таких областях, как биологическое микроскопическое изображение и оптическая микроманипуляция. Однако развитие и применение голографической технологии затрудняют огромные объемы данных в 3D сценах и когерентность лазера, что приводит к медленной скорости захвата реальных 3D сцен и серьезному шуму пятен на голографическом воспроизведенном изображении.
В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, команда ученых под руководством профессора Цзюан-Хуа Вана из университета Бэйхан, Китай, профессоров Сун-Лин Чжуана и Да-Вэй Чжана из Университета Шанхая по науке и технологии, Китай, сотрудничала в разработке голографической камеры, которая может использоваться для получения голограмм реальных 3D сцен. Камера может получать высококачественные голограммы за 150 мс. Исследователи использовали жидкостную камеру на основе объектива с большой апертурой и модели, основанной на физической модели, в голографической камере.
Жидкостный объектив с апертурой 10 мм имеет низкое напряжение питания, быструю скорость реакции и широкий диапазон оптической мощности, что обеспечивает быстрый и высококачественный захват реальных 3D сцен. Кроме того, обученная модель, основанная на физической модели, может быстро вычислить высококачественные голограммы реальных 3D сцен, полученные с помощью жидкостной камеры. С использованием предложенной голографической камеры можно достичь высококачественной голографической реконструкции реальной 3D сцены на реальной глубине.
Голографическая камера решает две основные проблемы существующей голографической технологии, а именно трудность быстрого получения реальной 3D сцены и низкое качество голографического восстановленного изображения. Ожидается, что эта технология будет широко использоваться во многих областях, таких как 3D-дисплеи и шифрование измерений.
Источник:
Ди Ван и др., Голографическая камера на основе жидких линз для получения голограмм реальной трехмерной сцены с использованием сквозной сети, управляемой физической моделью (Di Wang et al, Liquid lens based holographic camera for real 3D scene hologram acquisition using end-to-end physical model-driven network), Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01410-8
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Современные технологии голографии могут восстанавливать полную информацию о световом поле записанного объекта, что имеет важное применение в таких областях, как биологическое микроскопическое изображение и оптическая микроманипуляция. Однако развитие и применение голографической технологии затрудняют огромные объемы данных в 3D сценах и когерентность лазера, что приводит к медленной скорости захвата реальных 3D сцен и серьезному шуму пятен на голографическом воспроизведенном изображении.
В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, команда ученых под руководством профессора Цзюан-Хуа Вана из университета Бэйхан, Китай, профессоров Сун-Лин Чжуана и Да-Вэй Чжана из Университета Шанхая по науке и технологии, Китай, сотрудничала в разработке голографической камеры, которая может использоваться для получения голограмм реальных 3D сцен. Камера может получать высококачественные голограммы за 150 мс. Исследователи использовали жидкостную камеру на основе объектива с большой апертурой и модели, основанной на физической модели, в голографической камере.
Жидкостный объектив с апертурой 10 мм имеет низкое напряжение питания, быструю скорость реакции и широкий диапазон оптической мощности, что обеспечивает быстрый и высококачественный захват реальных 3D сцен. Кроме того, обученная модель, основанная на физической модели, может быстро вычислить высококачественные голограммы реальных 3D сцен, полученные с помощью жидкостной камеры. С использованием предложенной голографической камеры можно достичь высококачественной голографической реконструкции реальной 3D сцены на реальной глубине.
Голографическая камера решает две основные проблемы существующей голографической технологии, а именно трудность быстрого получения реальной 3D сцены и низкое качество голографического восстановленного изображения. Ожидается, что эта технология будет широко использоваться во многих областях, таких как 3D-дисплеи и шифрование измерений.
Источник:
Ди Ван и др., Голографическая камера на основе жидких линз для получения голограмм реальной трехмерной сцены с использованием сквозной сети, управляемой физической моделью (Di Wang et al, Liquid lens based holographic camera for real 3D scene hologram acquisition using end-to-end physical model-driven network), Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01410-8
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍4
Жидкие кристаллы: будущее роботов и камер
Революционное открытие значительно расширяет потенциал жидких кристаллов, широко используемых в современных дисплеях и цифровых часах. Ученым удалось разработать простой и недорогой способ управления молекулярными свойствами жидких кристаллов с помощью светового воздействия. Исследование опубликовано в журнале "Advanced Materials".
"Теперь любая лаборатория, имеющая микроскоп и набор линз, может упорядочить выравнивание жидкого кристалла в любом желаемом узоре", - говорит автор исследования Алвин Модин, докторант по физике Университета Джонса Хопкинса. "Индустриальные лаборатории и производители могут внедрить этот метод за считанные дни".
Молекулы жидких кристаллов обладают свойствами, присущими как жидкостям, так и твердым телам. Они текут как жидкости, но имеют общую ориентацию, как в твердых телах, которая может изменяться в ответ на внешние воздействия. Эти свойства делают их незаменимыми в ЖК-экранах, биомедицинских приборах и других устройствах, требующих точного контроля над светом и тонких движений.
Однако управление их выравниванием в трех измерениях требует дорогостоящих и сложных методов, объясняет Модин. Команда ученых, в которую входят профессор физики Роберт Лихен и доцент-исследователь Франческа Серра, обнаружила, что может манипулировать трехмерной ориентацией жидких кристаллов, контролируя световое воздействие на фоточувствительный материал, нанесенный на стекло. Они освещали жидкие кристаллы через микроскоп поляризованным и неполяризованным светом. Поляризованный свет имеет определенную ориентацию световых волн, в отличие от неполяризованного света, где волны колеблются хаотично.
Ученые использовали этот метод для создания микроскопической линзы из жидкого кристалла, способной фокусировать свет в зависимости от поляризации проходящего через нее света. Сначала они излучили поляризованный свет, чтобы выровнять жидкие кристаллы на поверхности. Затем они использовали обычный свет, чтобы переориентировать жидкие кристаллы вверх от этой плоскости. Это позволило им управлять ориентацией двух типов распространенных жидких кристаллов и создавать микроскопические линзы с переменным фокусным расстоянием.
Открытие существенно расширяет возможности использования жидких кристаллов в различных областях. Например, в робототехнике их можно применять для разработки гибких сенсоров и приводов, а в оптике - для создания новых типов камер и оптических систем. Кроме того, жидкие кристаллы могут сыграть важную роль в разработке новых дисплеев для электронных устройств, которые будут более тонкими, гибкими и энергоэффективными.
Источник:
Элвин Модин и др., Пространственное фотоизображение предварительного наклона нематических жидких кристаллов и его применение при изготовлении плоских градиентно-индексных линз (Alvin Modin et al, Spatial Photo‐Patterning of Nematic Liquid Crystal Pretilt and its Application in Fabricating Flat Gradient‐Index Lenses), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202310083
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Революционное открытие значительно расширяет потенциал жидких кристаллов, широко используемых в современных дисплеях и цифровых часах. Ученым удалось разработать простой и недорогой способ управления молекулярными свойствами жидких кристаллов с помощью светового воздействия. Исследование опубликовано в журнале "Advanced Materials".
"Теперь любая лаборатория, имеющая микроскоп и набор линз, может упорядочить выравнивание жидкого кристалла в любом желаемом узоре", - говорит автор исследования Алвин Модин, докторант по физике Университета Джонса Хопкинса. "Индустриальные лаборатории и производители могут внедрить этот метод за считанные дни".
Молекулы жидких кристаллов обладают свойствами, присущими как жидкостям, так и твердым телам. Они текут как жидкости, но имеют общую ориентацию, как в твердых телах, которая может изменяться в ответ на внешние воздействия. Эти свойства делают их незаменимыми в ЖК-экранах, биомедицинских приборах и других устройствах, требующих точного контроля над светом и тонких движений.
Однако управление их выравниванием в трех измерениях требует дорогостоящих и сложных методов, объясняет Модин. Команда ученых, в которую входят профессор физики Роберт Лихен и доцент-исследователь Франческа Серра, обнаружила, что может манипулировать трехмерной ориентацией жидких кристаллов, контролируя световое воздействие на фоточувствительный материал, нанесенный на стекло. Они освещали жидкие кристаллы через микроскоп поляризованным и неполяризованным светом. Поляризованный свет имеет определенную ориентацию световых волн, в отличие от неполяризованного света, где волны колеблются хаотично.
Ученые использовали этот метод для создания микроскопической линзы из жидкого кристалла, способной фокусировать свет в зависимости от поляризации проходящего через нее света. Сначала они излучили поляризованный свет, чтобы выровнять жидкие кристаллы на поверхности. Затем они использовали обычный свет, чтобы переориентировать жидкие кристаллы вверх от этой плоскости. Это позволило им управлять ориентацией двух типов распространенных жидких кристаллов и создавать микроскопические линзы с переменным фокусным расстоянием.
Открытие существенно расширяет возможности использования жидких кристаллов в различных областях. Например, в робототехнике их можно применять для разработки гибких сенсоров и приводов, а в оптике - для создания новых типов камер и оптических систем. Кроме того, жидкие кристаллы могут сыграть важную роль в разработке новых дисплеев для электронных устройств, которые будут более тонкими, гибкими и энергоэффективными.
Источник:
Элвин Модин и др., Пространственное фотоизображение предварительного наклона нематических жидких кристаллов и его применение при изготовлении плоских градиентно-индексных линз (Alvin Modin et al, Spatial Photo‐Patterning of Nematic Liquid Crystal Pretilt and its Application in Fabricating Flat Gradient‐Index Lenses), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202310083
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Спонтанная кривизна: ключ к созданию новых наноматериалов
Вдохновившись природой, исследователи в области нанотехнологий обнаружили так называемую "спонтанную кривизну" как ключевой фактор, определяющий возможность превращения ультратонких искусственных двумерных материалов в полезные трубки, спирали и витки. Более глубокое понимание этого процесса, который имитирует раскрытие некоторых семян в природе, может открыть новые возможности для создания хиральных структур, толщиной в 1000 раз меньше человеческого волоса, и улучшить конструкцию оптических, электронных и механических устройств.
Хиральные формы - это структуры, которые нельзя наложить на свое зеркальное отражение, подобно тому, как ваша левая рука является зеркальным отражением правой руки, но не может идеально поместиться поверх нее. Ну то есть зеркальное отображение является частным примером хиральности.
Спонтанная кривизна, вызванная маленькими молекулами, может использоваться для изменения формы тонких нанокристаллов, под влиянием ширины, толщины и симметрии кристалла. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, было проведено сотрудниками Национального центра научных исследований (CNRS) во Франции, вместе с коллегами из Центра превосходства в области экситонной науки ARC, базирующегося в Университете Сиднея.
Представьте себе кусок бумаги, который, погруженный в раствор, самопроизвольно скручивается или изгибается в спираль без какого-либо внешнего воздействия. Это подобно тому, что происходит на наномасштабе с определенными тонкими материалами. Исследователи обнаружили, что когда определенные типы полупроводящих нанопластинок - крайне тонких, плоских кристаллов - покрываются слоем органических молекул, называемых лигандами, они принимают сложные формы, включая трубки, спирали и витки.
Это превращение обусловлено различными силами, которые лиганды оказывают на верхнюю и нижнюю поверхности нанопластинок. Значимость этого открытия заключается в возможности предсказать и контролировать форму этих нанопластинок, понимая взаимодействие между лигандами и поверхностью нанопластинок.
Источник:
Дебора Монего и др., Несовместимые кривизны, вызванные лигандами, контролируют полиморфизм и хиральность ультратонких нантромбоцитов (Debora Monego et al, Ligand-induced incompatible curvatures control ultrathin nanoplatelet polymorphism and chirality), Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2316299121
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Вдохновившись природой, исследователи в области нанотехнологий обнаружили так называемую "спонтанную кривизну" как ключевой фактор, определяющий возможность превращения ультратонких искусственных двумерных материалов в полезные трубки, спирали и витки. Более глубокое понимание этого процесса, который имитирует раскрытие некоторых семян в природе, может открыть новые возможности для создания хиральных структур, толщиной в 1000 раз меньше человеческого волоса, и улучшить конструкцию оптических, электронных и механических устройств.
Хиральные формы - это структуры, которые нельзя наложить на свое зеркальное отражение, подобно тому, как ваша левая рука является зеркальным отражением правой руки, но не может идеально поместиться поверх нее. Ну то есть зеркальное отображение является частным примером хиральности.
Спонтанная кривизна, вызванная маленькими молекулами, может использоваться для изменения формы тонких нанокристаллов, под влиянием ширины, толщины и симметрии кристалла. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, было проведено сотрудниками Национального центра научных исследований (CNRS) во Франции, вместе с коллегами из Центра превосходства в области экситонной науки ARC, базирующегося в Университете Сиднея.
Представьте себе кусок бумаги, который, погруженный в раствор, самопроизвольно скручивается или изгибается в спираль без какого-либо внешнего воздействия. Это подобно тому, что происходит на наномасштабе с определенными тонкими материалами. Исследователи обнаружили, что когда определенные типы полупроводящих нанопластинок - крайне тонких, плоских кристаллов - покрываются слоем органических молекул, называемых лигандами, они принимают сложные формы, включая трубки, спирали и витки.
Это превращение обусловлено различными силами, которые лиганды оказывают на верхнюю и нижнюю поверхности нанопластинок. Значимость этого открытия заключается в возможности предсказать и контролировать форму этих нанопластинок, понимая взаимодействие между лигандами и поверхностью нанопластинок.
Источник:
Дебора Монего и др., Несовместимые кривизны, вызванные лигандами, контролируют полиморфизм и хиральность ультратонких нантромбоцитов (Debora Monego et al, Ligand-induced incompatible curvatures control ultrathin nanoplatelet polymorphism and chirality), Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2316299121
=======================
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, вашими реакциями и комментариями, а также подписавшись на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Нанотонкая печать электронного оборудования может сократить расходы
Инженерные исследователи разработали процесс 2D-печати с использованием жидких металлов, который, как они утверждают, может создать новые способы создания более продвинутого и энергоэффективного вычислительного оборудования, производимого на наномасштабе. Этот процесс появился на фоне растущего мирового спроса на устройства памяти, производство и использование которых требуют значительных энергетических затрат.
"Снижение температуры, при которой цирконий и гафний становятся жидкими, является ключевым моментом для разработки более дешевых электрических устройств, так как требуется гораздо меньше энергии", - сказал доктор Мохаммад Гасемиан, главный автор исследования из Школы химической и биомолекулярной инженерии.
Разработанные инженерами Университета Сиднея и опубликованные в журнале Small, исследователи сначала соединили олово, цирконий и гафний в определенном соотношении. Это позволило сплаву плавиться при температуре ниже 500 °C, что гораздо ниже индивидуальных точек плавления циркония (1852 °C) и гафния (2227 °C). Жидкий металлический сплав имеет тонкий слой оксида или "корку", сохраняя жидкое состояние внутри. Он используется для получения ультратонких нанопластинок оксида олова, пропитанных оксидом циркония и гафния.
"Олово является широко распространенным, недорогим и может быть использовано в большом масштабе для производства критически важных полупроводников, транзисторов и памяти", - сказал доктор Гасемиан. "Хотя оксид циркония и гафния хорошо известен как ферроэлектрический материал, используемый в наномасштабных приложениях, таких как устройства памяти и сенсоры, получение нанопластинок с использованием традиционных методов затруднительно и дорого", - добавил он.
Применение сплава олово-цирконий-гафний позволило команде получить нанотонкий слой оксида олова, пропитанный оксидом циркония и гафния, через эксфолиацию - отделение его от жидкой поверхности, чтобы затем можно было провести 2D-печать на подложке в виде ферроэлектрических нанопластинок. Эти пластины предназначены для создания основы вычислительного оборудования следующего поколения, от полупроводников до памяти. "Представьте себе мрамор, покрытый чернилами", - объяснил доктор Гасемиан. "Сплав подобен растворителю, который позволяет нам удалить чернила и оставить только окрашенную поверхность".
Источник:
Мохаммад Б. Гасемиан и др., Асимметрия, вызванная легированием жидких металлов, в двумерных оксидах металлов (Mohammad B. Ghasemian et al, Liquid Metal Doping Induced Asymmetry in Two‐Dimensional Metal Oxides), Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202309924
=======================
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!
Инженерные исследователи разработали процесс 2D-печати с использованием жидких металлов, который, как они утверждают, может создать новые способы создания более продвинутого и энергоэффективного вычислительного оборудования, производимого на наномасштабе. Этот процесс появился на фоне растущего мирового спроса на устройства памяти, производство и использование которых требуют значительных энергетических затрат.
"Снижение температуры, при которой цирконий и гафний становятся жидкими, является ключевым моментом для разработки более дешевых электрических устройств, так как требуется гораздо меньше энергии", - сказал доктор Мохаммад Гасемиан, главный автор исследования из Школы химической и биомолекулярной инженерии.
Разработанные инженерами Университета Сиднея и опубликованные в журнале Small, исследователи сначала соединили олово, цирконий и гафний в определенном соотношении. Это позволило сплаву плавиться при температуре ниже 500 °C, что гораздо ниже индивидуальных точек плавления циркония (1852 °C) и гафния (2227 °C). Жидкий металлический сплав имеет тонкий слой оксида или "корку", сохраняя жидкое состояние внутри. Он используется для получения ультратонких нанопластинок оксида олова, пропитанных оксидом циркония и гафния.
"Олово является широко распространенным, недорогим и может быть использовано в большом масштабе для производства критически важных полупроводников, транзисторов и памяти", - сказал доктор Гасемиан. "Хотя оксид циркония и гафния хорошо известен как ферроэлектрический материал, используемый в наномасштабных приложениях, таких как устройства памяти и сенсоры, получение нанопластинок с использованием традиционных методов затруднительно и дорого", - добавил он.
Применение сплава олово-цирконий-гафний позволило команде получить нанотонкий слой оксида олова, пропитанный оксидом циркония и гафния, через эксфолиацию - отделение его от жидкой поверхности, чтобы затем можно было провести 2D-печать на подложке в виде ферроэлектрических нанопластинок. Эти пластины предназначены для создания основы вычислительного оборудования следующего поколения, от полупроводников до памяти. "Представьте себе мрамор, покрытый чернилами", - объяснил доктор Гасемиан. "Сплав подобен растворителю, который позволяет нам удалить чернила и оставить только окрашенную поверхность".
Источник:
Мохаммад Б. Гасемиан и др., Асимметрия, вызванная легированием жидких металлов, в двумерных оксидах металлов (Mohammad B. Ghasemian et al, Liquid Metal Doping Induced Asymmetry in Two‐Dimensional Metal Oxides), Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202309924
=======================
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
Плазменные колебания способствуют прорыву в термоядерной энергетике
Плазма - это четвертое состояние вещества, которое часто называют ионизированным газом. Она является наиболее обильной и наблюдаемой формой материи в нашей вселенной и встречается в Солнце и других небесных телах. Чтобы создать горячую смесь свободно движущихся электронов и ионов, составляющих плазму, часто требуются экстремальные давления или температуры. В этих экстремальных условиях исследователи продолжают открывать неожиданные способы движения и эволюции плазмы. Благодаря лучшему пониманию движения плазмы ученые получают ценные сведения о солнечной физике, астрофизике и ядерному синтезу.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи из Рочестерского университета вместе с коллегами из Университета Калифорнии в Сан-Диего обнаружили новый класс плазменных осцилляций - плавное движение электронов и ионов взад-вперед, как волны. Эти результаты имеют значение для улучшения производительности миниатюрных ускорителей частиц и реакторов, используемых для создания ядерной энергии.
"Этот новый класс плазменных осцилляций может иметь необычные свойства, открывающие дверь к инновационным достижениям в области ускорения частиц и ядерного синтеза", - говорит Джон Паластро, старший ученый в Лаборатории лазерной энергетики, доцент в кафедре механической инженерии и профессор Института оптики.
Одной из характеристик плазмы является ее способность поддерживать коллективное движение, при котором электроны и ионы осциллируют или колеблются вместе. Эти колебания подобны ритмичному танцу. Так же, как танцоры реагируют на движения друг друга, заряженные частицы в плазме взаимодействуют и колеблются вместе, создавая согласованное движение. Свойства этих колебаний традиционно связывались с характеристиками плазмы в целом, такими как температура, плотность или скорость. Однако Паластро и его коллеги определили новый класс плазменных осцилляций, которые проявляют необычные свойства, открывающие новые возможности в области ускорения частиц и ядерного синтеза.
Источник:
Дж. П. Паластро и др., Плазменные волны, структурированные в пространстве и времени (J. P. Palastro et al, Space-Time Structured Plasma Waves), Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.095101
=======================
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!
Плазма - это четвертое состояние вещества, которое часто называют ионизированным газом. Она является наиболее обильной и наблюдаемой формой материи в нашей вселенной и встречается в Солнце и других небесных телах. Чтобы создать горячую смесь свободно движущихся электронов и ионов, составляющих плазму, часто требуются экстремальные давления или температуры. В этих экстремальных условиях исследователи продолжают открывать неожиданные способы движения и эволюции плазмы. Благодаря лучшему пониманию движения плазмы ученые получают ценные сведения о солнечной физике, астрофизике и ядерному синтезу.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи из Рочестерского университета вместе с коллегами из Университета Калифорнии в Сан-Диего обнаружили новый класс плазменных осцилляций - плавное движение электронов и ионов взад-вперед, как волны. Эти результаты имеют значение для улучшения производительности миниатюрных ускорителей частиц и реакторов, используемых для создания ядерной энергии.
"Этот новый класс плазменных осцилляций может иметь необычные свойства, открывающие дверь к инновационным достижениям в области ускорения частиц и ядерного синтеза", - говорит Джон Паластро, старший ученый в Лаборатории лазерной энергетики, доцент в кафедре механической инженерии и профессор Института оптики.
Одной из характеристик плазмы является ее способность поддерживать коллективное движение, при котором электроны и ионы осциллируют или колеблются вместе. Эти колебания подобны ритмичному танцу. Так же, как танцоры реагируют на движения друг друга, заряженные частицы в плазме взаимодействуют и колеблются вместе, создавая согласованное движение. Свойства этих колебаний традиционно связывались с характеристиками плазмы в целом, такими как температура, плотность или скорость. Однако Паластро и его коллеги определили новый класс плазменных осцилляций, которые проявляют необычные свойства, открывающие новые возможности в области ускорения частиц и ядерного синтеза.
Источник:
Дж. П. Паластро и др., Плазменные волны, структурированные в пространстве и времени (J. P. Palastro et al, Space-Time Structured Plasma Waves), Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.095101
=======================
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
Исследователи разрабатывают новую архитектуру аналоговых чипов
Недавно была опубликована статья в журнале Science, в которой исследователи из лаборатории профессора электротехники и компьютерной инженерии Университета Южной Калифорнии (USC) Дж. Джошуа Янга представили новый аналоговый чип, способный обеспечить точность цифровых вычислений при сохранении преимуществ аналоговых вычислений - низкого энергопотребления и высокой скорости.
Мемристор - это компонент схемы, который эффективно хранит и обрабатывает данные. В предыдущей работе исследователи уже смогли улучшить точность мемристоров до ранее невиданных значений. Теперь же они разработали новую схему и архитектуру, которые позволяют достичь еще большей точности с использованием тех же мемристоров. Это открывает новые возможности для применения такой технологии не только в области нейронных сетей, но и в других областях, таких как магнитные памяти, используемые в жестких дисках, и фазовые памяти, используемые в компакт-дисках.
Обычно программирование аналоговых устройств с высокой точностью является сложной задачей. Однако лаборатория Янга разработала архитектуру схемы и соответствующие алгоритмы, которые позволяют точно настраивать аналоговые устройства на заданное значение. Это значительно повышает привлекательность аналоговых вычислений с использованием аналоговых устройств для множества приложений.
Джошуа Янг отмечает, что эта инновация также применима к другим типам памяти, включая магнитные памяти, используемые в жестких дисках, и фазовые памяти, используемые в компакт-дисках. Таким образом, новая технология может иметь широкий спектр применения и значительно улучшить эффективность вычислений в различных областях.
Источник:
Венхао Сонг и др., Программирование мемристорных массивов с произвольно высокой точностью для аналоговых вычислений (Wenhao Song et al, Programming memristor arrays with arbitrarily high precision for analog computing), Science (2024). DOI: 10.1126/science.adi9405
=======================
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!
Недавно была опубликована статья в журнале Science, в которой исследователи из лаборатории профессора электротехники и компьютерной инженерии Университета Южной Калифорнии (USC) Дж. Джошуа Янга представили новый аналоговый чип, способный обеспечить точность цифровых вычислений при сохранении преимуществ аналоговых вычислений - низкого энергопотребления и высокой скорости.
Мемристор - это компонент схемы, который эффективно хранит и обрабатывает данные. В предыдущей работе исследователи уже смогли улучшить точность мемристоров до ранее невиданных значений. Теперь же они разработали новую схему и архитектуру, которые позволяют достичь еще большей точности с использованием тех же мемристоров. Это открывает новые возможности для применения такой технологии не только в области нейронных сетей, но и в других областях, таких как магнитные памяти, используемые в жестких дисках, и фазовые памяти, используемые в компакт-дисках.
Обычно программирование аналоговых устройств с высокой точностью является сложной задачей. Однако лаборатория Янга разработала архитектуру схемы и соответствующие алгоритмы, которые позволяют точно настраивать аналоговые устройства на заданное значение. Это значительно повышает привлекательность аналоговых вычислений с использованием аналоговых устройств для множества приложений.
Джошуа Янг отмечает, что эта инновация также применима к другим типам памяти, включая магнитные памяти, используемые в жестких дисках, и фазовые памяти, используемые в компакт-дисках. Таким образом, новая технология может иметь широкий спектр применения и значительно улучшить эффективность вычислений в различных областях.
Источник:
Венхао Сонг и др., Программирование мемристорных массивов с произвольно высокой точностью для аналоговых вычислений (Wenhao Song et al, Programming memristor arrays with arbitrarily high precision for analog computing), Science (2024). DOI: 10.1126/science.adi9405
=======================
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
Реализация проточных батарей с мягкой развязкой pH
Технологии, способные хранить энергию, производимую фотоэлектрическими и ветряными установками, могут сыграть ключевую роль в декарбонизации энергетического сектора. Работа как солнечных батарей, так и ветряных турбин зависит от подходящих погодных условий, и решения по масштабированию хранения энергии могут помочь сохранить энергию, произведенную во время солнечной активности и дующего ветра, для последующего использования.
Одними из самых перспективных решений в области хранения энергии являются так называемые водные редокс-потенциальные батареи (ARFB), предназначенные для хранения энергии в химических растворах. Эти батареи обладают различными преимуществами, включая безопасность, длительный срок службы, высокую мощность и низкую стоимость производства.
Однако создание надежных ARFB с длительным сроком службы может быть сложной задачей, так как их производительность сильно зависит от баланса между положительно и отрицательно заряженными электролитами. Соревнование реакций разложения воды внутри ARFB может негативно сказаться на их Кулоновской эффективности, неблагоприятно влияя на баланс между этими двумя сторонами и сокращая срок службы батарей.
Исследователи Гарвардского университета недавно предложили стратегию, которая может помочь справиться с этим эффектом, с помощью создания слабо разделенных по pH водных потоковых батарей. Эта стратегия, описанная в журнале Nature Energy, предполагает использование слабокислых и слабощелочных электролитов для снижения проникновения химических растворов и, таким образом, предотвращения уменьшения эффективности, о котором ранее сообщалось.
"Установление разницы в pH между двумя электролитами (разделение по pH) в ARFB позволяет получить напряжение ячейки, превышающее 1,23 В термодинамического окна разложения воды, но перекрестные ацид-базные реакции снижают эффективность и срок службы", - написали Давей Си, Абдулрахман М. Альфарайди и их коллеги в своей статье. "Мы используем слабокислые и слабощелочные электролиты для снижения проникновения, достигая высокой энергетической эффективности и длительного цикла заряд-разряд".
Источник:
Давэй Си и др., Проточная водная батарея с мягкой развязкой pH и практическим восстановлением pH (Dawei Xi et al, Mild pH-decoupling aqueous flow battery with practical pH recovery), Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01474-1
=======================
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!
Технологии, способные хранить энергию, производимую фотоэлектрическими и ветряными установками, могут сыграть ключевую роль в декарбонизации энергетического сектора. Работа как солнечных батарей, так и ветряных турбин зависит от подходящих погодных условий, и решения по масштабированию хранения энергии могут помочь сохранить энергию, произведенную во время солнечной активности и дующего ветра, для последующего использования.
Одними из самых перспективных решений в области хранения энергии являются так называемые водные редокс-потенциальные батареи (ARFB), предназначенные для хранения энергии в химических растворах. Эти батареи обладают различными преимуществами, включая безопасность, длительный срок службы, высокую мощность и низкую стоимость производства.
Однако создание надежных ARFB с длительным сроком службы может быть сложной задачей, так как их производительность сильно зависит от баланса между положительно и отрицательно заряженными электролитами. Соревнование реакций разложения воды внутри ARFB может негативно сказаться на их Кулоновской эффективности, неблагоприятно влияя на баланс между этими двумя сторонами и сокращая срок службы батарей.
Исследователи Гарвардского университета недавно предложили стратегию, которая может помочь справиться с этим эффектом, с помощью создания слабо разделенных по pH водных потоковых батарей. Эта стратегия, описанная в журнале Nature Energy, предполагает использование слабокислых и слабощелочных электролитов для снижения проникновения химических растворов и, таким образом, предотвращения уменьшения эффективности, о котором ранее сообщалось.
"Установление разницы в pH между двумя электролитами (разделение по pH) в ARFB позволяет получить напряжение ячейки, превышающее 1,23 В термодинамического окна разложения воды, но перекрестные ацид-базные реакции снижают эффективность и срок службы", - написали Давей Си, Абдулрахман М. Альфарайди и их коллеги в своей статье. "Мы используем слабокислые и слабощелочные электролиты для снижения проникновения, достигая высокой энергетической эффективности и длительного цикла заряд-разряд".
Источник:
Давэй Си и др., Проточная водная батарея с мягкой развязкой pH и практическим восстановлением pH (Dawei Xi et al, Mild pH-decoupling aqueous flow battery with practical pH recovery), Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01474-1
=======================
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!
👍2
Тонкая настройка наночастиц
В последние десятилетия исследователи активно изучают возможности использования ядерно-оболочечных наночастиц для улучшения каталитических систем, основанных на металлических катализаторах, ускоряющих химические реакции. Ученые из Сколтеха проанализировали последние достижения в синтезе ядерно-оболочечных частиц, методы исследования, техники регулирования их свойств и выявили наиболее перспективные направления для будущих исследований. Подробный обзор был опубликован в журнале Nanoscale.
Ядерно-оболочечные биметаллические частицы представляют собой наночастицы размером от 1 до 100 нанометров, состоящие из ядра и оболочки, выполненных из разных металлов. Наночастицы, в отличие от обычных частиц, обладают уникальными свойствами, которые позволяют их активно использовать в диагностике рака, создании компактных электронных устройств, разработке солнечных панелей и во многих других областях.
"Мы провели обширный обзор, в котором показали, как свойства наночастиц могут быть экспериментально настроены. Обзор охватывает статьи за последние 3-4 года. Методы синтеза и исследования наноматериалов постоянно совершенствуются, поэтому теперь практически каждый атом можно наблюдать под микроскопом, а также слои разных металлов в таких частицах. Исследования показали, что каталитическая активность частиц может быть изменена изменением количества металлических слоев", - сказал Илья Чепкасов, ведущий автор исследования и старший научный сотрудник Центра перехода энергетики в Сколтехе.
Авторы исследования выявили несколько проблем, на которые они призывают обратить внимание в будущих исследованиях. Проблема определения состава поверхности ядерно-оболочечных частиц усложняет понимание взаимосвязи между их структурой и свойствами. Чтобы улучшить синтез таких частиц, необходимо разработать новые методы исследования, которые позволят более точно определить состав и структуру поверхности, а также изучить их взаимодействие с окружающей средой.
Исследование ядерно-оболочечных наночастиц открывает новые возможности для развития каталитических технологий и использования возобновляемых источников энергии. Это важный шаг в направлении создания экологически чистых и эффективных энергетических систем, которые помогут справиться с вызовами изменения климата и обеспечить устойчивое развитие нашей планеты.
Источник:
Илья В. Чепкасов и др., Структурно-ориентированная настройка каталитических свойств наноструктур ядро-оболочка (Ilya V. Chepkasov et al, Structure-driven tuning of catalytic properties of core–shell nanostructures), Nanoscale (2024). DOI: 10.1039/D3NR06194A
=======================
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 десятилетия исследователи активно изучают возможности использования ядерно-оболочечных наночастиц для улучшения каталитических систем, основанных на металлических катализаторах, ускоряющих химические реакции. Ученые из Сколтеха проанализировали последние достижения в синтезе ядерно-оболочечных частиц, методы исследования, техники регулирования их свойств и выявили наиболее перспективные направления для будущих исследований. Подробный обзор был опубликован в журнале Nanoscale.
Ядерно-оболочечные биметаллические частицы представляют собой наночастицы размером от 1 до 100 нанометров, состоящие из ядра и оболочки, выполненных из разных металлов. Наночастицы, в отличие от обычных частиц, обладают уникальными свойствами, которые позволяют их активно использовать в диагностике рака, создании компактных электронных устройств, разработке солнечных панелей и во многих других областях.
"Мы провели обширный обзор, в котором показали, как свойства наночастиц могут быть экспериментально настроены. Обзор охватывает статьи за последние 3-4 года. Методы синтеза и исследования наноматериалов постоянно совершенствуются, поэтому теперь практически каждый атом можно наблюдать под микроскопом, а также слои разных металлов в таких частицах. Исследования показали, что каталитическая активность частиц может быть изменена изменением количества металлических слоев", - сказал Илья Чепкасов, ведущий автор исследования и старший научный сотрудник Центра перехода энергетики в Сколтехе.
Авторы исследования выявили несколько проблем, на которые они призывают обратить внимание в будущих исследованиях. Проблема определения состава поверхности ядерно-оболочечных частиц усложняет понимание взаимосвязи между их структурой и свойствами. Чтобы улучшить синтез таких частиц, необходимо разработать новые методы исследования, которые позволят более точно определить состав и структуру поверхности, а также изучить их взаимодействие с окружающей средой.
Исследование ядерно-оболочечных наночастиц открывает новые возможности для развития каталитических технологий и использования возобновляемых источников энергии. Это важный шаг в направлении создания экологически чистых и эффективных энергетических систем, которые помогут справиться с вызовами изменения климата и обеспечить устойчивое развитие нашей планеты.
Источник:
Илья В. Чепкасов и др., Структурно-ориентированная настройка каталитических свойств наноструктур ядро-оболочка (Ilya V. Chepkasov et al, Structure-driven tuning of catalytic properties of core–shell nanostructures), Nanoscale (2024). DOI: 10.1039/D3NR06194A
=======================
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
Ультрачерное покрытие для оптических приборов из магниевых сплавов
Иногда, чтобы видеть ясно, необходимо полное отсутствие света. Для астрономии и прецизионной оптики покрытие устройств черной краской может сократить рассеянный свет, улучшить изображения и повысить производительность. Для самых современных телескопов и оптических систем каждая малость имеет значение, поэтому их производители ищут самые черные материалы для покрытия. В журнале Journal of Vacuum Science & Technology A исследователи из Университета Шанхая по науке и технологии и Китайской академии наук разработали ультрачерное покрытие из тонкой пленки для магниевых сплавов, используемых в авиационной промышленности. Их покрытие поглощает 99,3% света и достаточно прочно, чтобы выдерживать суровые условия. Для телескопов, работающих в условиях космического вакуума, или оптического оборудования в экстремальных условиях, существующие покрытия часто недостаточны.
"Существующие черные покрытия, такие как вертикально выровненные углеродные нанотрубки или черный кремний, ограничены хрупкостью", - говорит автор Юнжен Цао. "Также многие другие методы покрытия затрудняют нанесение покрытий внутри трубы или на другие сложные структуры. Это важно для их применения в оптических устройствах, так как они часто имеют значительную кривизну или сложные формы".
Для решения этих проблем исследователи обратились к методу атомного слойного осаждения (ALD). С помощью этой вакуумной техники производства объект помещается в вакуумную камеру и последовательно подвергается воздействию определенных типов газа, которые прилипают к поверхности объекта в виде тонких слоев.
"Одним из больших преимуществ метода ALD является его отличная способность покрытия сложных поверхностей, таких как цилиндры, столбы и канавки", - говорит Цао.
Для создания ультрачерного покрытия команда использовала чередующиеся слои алюминиево-допированного карбида титана (TiAlC) и нитрида кремния (SiO2). Оба материала совместно предотвращают практически полное отражение света от покрытой поверхности. "TiAlC действует как поглощающий слой, а SiO2 используется для создания антиотражающей структуры.
Это новое ультрачерное покрытие может стать прорывом в области оптики и астрономии, обеспечивая более четкое и качественное изображение в условиях, где рассеянный свет является проблемой. Благодаря его прочности и способности равномерно покрывать сложные поверхности, такое покрытие может быть использовано в различных оптических устройствах и телескопах, работающих в экстремальных условиях.
Источник:
Прочная ультрачерная пленка, нанесенная на магниевый сплав большой кривизны методом атомно-слоевого осаждения (Robust ultra-black film deposited on large-curvature magnesium alloy by atomic layer deposition), Journal of Vacuum Science & Technology A (2024). DOI: 10.1116/6.0003305
=======================
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!
Иногда, чтобы видеть ясно, необходимо полное отсутствие света. Для астрономии и прецизионной оптики покрытие устройств черной краской может сократить рассеянный свет, улучшить изображения и повысить производительность. Для самых современных телескопов и оптических систем каждая малость имеет значение, поэтому их производители ищут самые черные материалы для покрытия. В журнале Journal of Vacuum Science & Technology A исследователи из Университета Шанхая по науке и технологии и Китайской академии наук разработали ультрачерное покрытие из тонкой пленки для магниевых сплавов, используемых в авиационной промышленности. Их покрытие поглощает 99,3% света и достаточно прочно, чтобы выдерживать суровые условия. Для телескопов, работающих в условиях космического вакуума, или оптического оборудования в экстремальных условиях, существующие покрытия часто недостаточны.
"Существующие черные покрытия, такие как вертикально выровненные углеродные нанотрубки или черный кремний, ограничены хрупкостью", - говорит автор Юнжен Цао. "Также многие другие методы покрытия затрудняют нанесение покрытий внутри трубы или на другие сложные структуры. Это важно для их применения в оптических устройствах, так как они часто имеют значительную кривизну или сложные формы".
Для решения этих проблем исследователи обратились к методу атомного слойного осаждения (ALD). С помощью этой вакуумной техники производства объект помещается в вакуумную камеру и последовательно подвергается воздействию определенных типов газа, которые прилипают к поверхности объекта в виде тонких слоев.
"Одним из больших преимуществ метода ALD является его отличная способность покрытия сложных поверхностей, таких как цилиндры, столбы и канавки", - говорит Цао.
Для создания ультрачерного покрытия команда использовала чередующиеся слои алюминиево-допированного карбида титана (TiAlC) и нитрида кремния (SiO2). Оба материала совместно предотвращают практически полное отражение света от покрытой поверхности. "TiAlC действует как поглощающий слой, а SiO2 используется для создания антиотражающей структуры.
Это новое ультрачерное покрытие может стать прорывом в области оптики и астрономии, обеспечивая более четкое и качественное изображение в условиях, где рассеянный свет является проблемой. Благодаря его прочности и способности равномерно покрывать сложные поверхности, такое покрытие может быть использовано в различных оптических устройствах и телескопах, работающих в экстремальных условиях.
Источник:
Прочная ультрачерная пленка, нанесенная на магниевый сплав большой кривизны методом атомно-слоевого осаждения (Robust ultra-black film deposited on large-curvature magnesium alloy by atomic layer deposition), Journal of Vacuum Science & Technology A (2024). DOI: 10.1116/6.0003305
=======================
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
Нанокриотрон: новое устройство для усиления слабых электрических сигналов
В ускорителях частиц, которые раскрывают скрытые секреты самых маленьких составляющих нашей вселенной, при гигантских столкновениях мельчайшие частицы оставляют крайне слабые электрические следы. Некоторые детекторы в этих установках используют сверхпроводимость - явление, при котором электричество проходит с нулевым сопротивлением при низких температурах. Для того чтобы ученые могли более точно наблюдать поведение этих частиц, слабые электрические сигналы, или токи, необходимо усилить с помощью прибора, способного превратить слабое электрическое мерцание в настоящий импульс.
Ученые из Национальной лаборатории Аргонн (DOE) разработали новое устройство, которое действует как "умножитель тока". Это устройство, называемое нанокриотрон, является прототипом механизма, который может увеличить электрический сигнал частицы до такого уровня, что временно отключает сверхпроводимость материала, фактически создавая своего рода выключатель.
"Мы берем слабый сигнал и используем его для запуска электрической каскадной реакции", - сказал Томаш Полакович, один из стипендиатов Марии Гепперт Майер в Аргоннской лаборатории и соавтор исследования. "Мы собираемся направить очень слабый ток этих детекторов в устройство переключения, которое затем можно использовать для переключения гораздо более сильного тока".
Для подготовки нанокриотрона к эксперименту в ускорителе потребуется некоторая доработка из-за высоких магнитных полей, используемых в них. В настоящее время современные частицедетекторы могут выдерживать магнитные поля силой несколько тесла, но производительность этого выключателя ухудшается в условиях высоких магнитных полей.
"Нахождение способов заставить устройство работать в более высоких магнитных полях является ключевым для его внедрения в реальный эксперимент", - сказал Тимоти Дрэер, аспирант Аргоннской лаборатории и соавтор исследования. Для этого исследователи планируют изменить геометрию материала и ввести дефекты или маленькие отверстия. Эти дефекты помогут исследователям стабилизировать небольшие сверхпроводящие вихри в материале.
Источник:
Тимоти Драхер и др., Проектирование и характеристики параллельно-канальных нанокриотронов в магнитных полях (Timothy Draher et al, Design and performance of parallel-channel nanocryotrons in magnetic fields), Applied Physics Letters (2023). DOI: 10.1063/5.0180709
=======================
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 ускорителях частиц, которые раскрывают скрытые секреты самых маленьких составляющих нашей вселенной, при гигантских столкновениях мельчайшие частицы оставляют крайне слабые электрические следы. Некоторые детекторы в этих установках используют сверхпроводимость - явление, при котором электричество проходит с нулевым сопротивлением при низких температурах. Для того чтобы ученые могли более точно наблюдать поведение этих частиц, слабые электрические сигналы, или токи, необходимо усилить с помощью прибора, способного превратить слабое электрическое мерцание в настоящий импульс.
Ученые из Национальной лаборатории Аргонн (DOE) разработали новое устройство, которое действует как "умножитель тока". Это устройство, называемое нанокриотрон, является прототипом механизма, который может увеличить электрический сигнал частицы до такого уровня, что временно отключает сверхпроводимость материала, фактически создавая своего рода выключатель.
"Мы берем слабый сигнал и используем его для запуска электрической каскадной реакции", - сказал Томаш Полакович, один из стипендиатов Марии Гепперт Майер в Аргоннской лаборатории и соавтор исследования. "Мы собираемся направить очень слабый ток этих детекторов в устройство переключения, которое затем можно использовать для переключения гораздо более сильного тока".
Для подготовки нанокриотрона к эксперименту в ускорителе потребуется некоторая доработка из-за высоких магнитных полей, используемых в них. В настоящее время современные частицедетекторы могут выдерживать магнитные поля силой несколько тесла, но производительность этого выключателя ухудшается в условиях высоких магнитных полей.
"Нахождение способов заставить устройство работать в более высоких магнитных полях является ключевым для его внедрения в реальный эксперимент", - сказал Тимоти Дрэер, аспирант Аргоннской лаборатории и соавтор исследования. Для этого исследователи планируют изменить геометрию материала и ввести дефекты или маленькие отверстия. Эти дефекты помогут исследователям стабилизировать небольшие сверхпроводящие вихри в материале.
Источник:
Тимоти Драхер и др., Проектирование и характеристики параллельно-канальных нанокриотронов в магнитных полях (Timothy Draher et al, Design and performance of parallel-channel nanocryotrons in magnetic fields), Applied Physics Letters (2023). DOI: 10.1063/5.0180709
=======================
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
Перспективные керамические материалы повысят эффективность газовых турбин
Исследователи Сколтеха выявили перспективные керамические материалы для покрытий металлов, которые могут повысить эффективность газовых турбин. Если дальнейшие эксперименты будут успешными, такие покрытия позволят электростанциям производить больше электричества, а самолетам потреблять меньше топлива. С использованием протестированной и проверенной методики открытия новых материалов, исследователи намерены продолжить поиск и найти кандидатов с еще лучшими свойствами. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Materials.
Теплозащитные покрытия используются для защиты лопаток турбин на электростанциях и в реактивных двигателях. Сами лопатки изготовлены из никелевых суперсплавов, которые обладают высокой прочностью при высоких температурах, стойкостью и устойчивостью к деградации. Однако, при очень высоких температурах суперсплавы могут размягчаться и даже плавиться. Защитные покрытия позволяют работать с турбинами при более высоких температурах без ущерба для их целостности. В данном случае более высокая температура означает большую эффективность.
"Сегодня для теплозащитных покрытий используется иттрий-стабилизированная циркония, но если использовать материал с лучшими свойствами, это позволит получить больше полезной мощности из турбины", - говорит соавтор исследования профессор Артем Р. Оганов, руководитель Лаборатории открытия материалов в Сколтехе. "Чтобы найти такие материалы, сначала нужно выбрать кандидатов, свойства которых можно предсказать вычислительно. Мы протестировали ряд методов и определили наилучшие из них для расчета соответствующих свойств материала, особенно теплопроводности. В статье мы перечисляем несколько перспективных кандидатов, но мы продолжим поиск".
Материал для теплозащитных покрытий должен соответствовать нескольким требованиям. Он должен иметь очень высокую температуру плавления и очень низкую теплопроводность. Последнее свойство особенно сложно вычислить, так как оно зависит от сложных "ангармонических" эффектов в кристаллах. Кроме того, при нагреве материал должен расширяться примерно с одинаковой скоростью.
Исследование проведено в рамках поиска новых материалов, которые могут улучшить эффективность газовых турбин. Надеется, что в дальнейшем будет найдено еще больше перспективных кандидатов, которые смогут превзойти существующие покрытия и значительно повысить эффективность энергетических установок и авиационных двигателей.
Источник:
Маджид Зераати и др., Поиск материалов с низкой теплопроводностью для термобарьерных покрытий: теоретический подход (Majid Zeraati et al, Searching for low thermal conductivity materials for thermal barrier coatings: A theoretical approach), Physical Review Materials (2024). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.8.033601
=======================
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 Сколтеха выявили перспективные керамические материалы для покрытий металлов, которые могут повысить эффективность газовых турбин. Если дальнейшие эксперименты будут успешными, такие покрытия позволят электростанциям производить больше электричества, а самолетам потреблять меньше топлива. С использованием протестированной и проверенной методики открытия новых материалов, исследователи намерены продолжить поиск и найти кандидатов с еще лучшими свойствами. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Materials.
Теплозащитные покрытия используются для защиты лопаток турбин на электростанциях и в реактивных двигателях. Сами лопатки изготовлены из никелевых суперсплавов, которые обладают высокой прочностью при высоких температурах, стойкостью и устойчивостью к деградации. Однако, при очень высоких температурах суперсплавы могут размягчаться и даже плавиться. Защитные покрытия позволяют работать с турбинами при более высоких температурах без ущерба для их целостности. В данном случае более высокая температура означает большую эффективность.
"Сегодня для теплозащитных покрытий используется иттрий-стабилизированная циркония, но если использовать материал с лучшими свойствами, это позволит получить больше полезной мощности из турбины", - говорит соавтор исследования профессор Артем Р. Оганов, руководитель Лаборатории открытия материалов в Сколтехе. "Чтобы найти такие материалы, сначала нужно выбрать кандидатов, свойства которых можно предсказать вычислительно. Мы протестировали ряд методов и определили наилучшие из них для расчета соответствующих свойств материала, особенно теплопроводности. В статье мы перечисляем несколько перспективных кандидатов, но мы продолжим поиск".
Материал для теплозащитных покрытий должен соответствовать нескольким требованиям. Он должен иметь очень высокую температуру плавления и очень низкую теплопроводность. Последнее свойство особенно сложно вычислить, так как оно зависит от сложных "ангармонических" эффектов в кристаллах. Кроме того, при нагреве материал должен расширяться примерно с одинаковой скоростью.
Исследование проведено в рамках поиска новых материалов, которые могут улучшить эффективность газовых турбин. Надеется, что в дальнейшем будет найдено еще больше перспективных кандидатов, которые смогут превзойти существующие покрытия и значительно повысить эффективность энергетических установок и авиационных двигателей.
Источник:
Маджид Зераати и др., Поиск материалов с низкой теплопроводностью для термобарьерных покрытий: теоретический подход (Majid Zeraati et al, Searching for low thermal conductivity materials for thermal barrier coatings: A theoretical approach), Physical Review Materials (2024). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.8.033601
=======================
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
Новый подход к производству высокоэффективных пластиков из сельскохозяйственных отходов
Исследование, проведенное командой под руководством Джереми Лутербахера в EPFL, представляет новаторский подход к производству высокопроизводительных пластиков из возобновляемых ресурсов. Работа, опубликованная в журнале Nature Sustainability, демонстрирует новый метод создания полиамидов - класса пластиков, известных своей прочностью и долговечностью, наиболее известными из которых являются нейлоны - с использованием сахарного ядра, полученного из сельскохозяйственных отходов.
Новый метод использует возобновляемый ресурс и достигает этой трансформации эффективно и с минимальным воздействием на окружающую среду. "Типичные пластиковые изделия, полученные из ископаемого топлива, нуждаются в ароматических группах, чтобы придать жесткость своим пластикам - это придает им такие свойства, как твердость, прочность и устойчивость к высокой температуре", - говорит Лутербахер. "Здесь мы получаем аналогичные результаты, но используем сахарную структуру, которая широко распространена в природе и, в целом, полностью нетоксична, чтобы придать жесткость и свойства производительности".
Лоренц Манкер, главный автор исследования, и его коллеги разработали процесс без использования катализатора для превращения диметилглиоксилата ксилоузы, стабилизированного углеводорода, полученного напрямую из биомассы, такой как древесина или кукурузные початки, в полиамиды высокого качества. Процесс обладает впечатляющей атомной эффективностью в 97%, что означает, что почти все исходное вещество используется в конечном продукте, что значительно сокращает отходы.
Биооснованные полиамиды обладают свойствами, способными конкурировать с их ископаемыми аналогами, предлагая многообещающую альтернативу для различных применений. Более того, материалы проявляют значительную устойчивость при механической переработке, сохраняя свою целостность и производительность, что является важным фактором для управления жизненным циклом устойчивых материалов.
Источник:
Лоренц П. Манкер и др., Полиамиды с высокими эксплуатационными характеристиками, созданные на основе экологически чистого углеводного ядра (Lorenz P. Manker et al, Performance polyamides built on a sustainable carbohydrate core), Nature Sustainability (2024). DOI: 10.1038/s41893-024-01298-7
=======================
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!
Исследование, проведенное командой под руководством Джереми Лутербахера в EPFL, представляет новаторский подход к производству высокопроизводительных пластиков из возобновляемых ресурсов. Работа, опубликованная в журнале Nature Sustainability, демонстрирует новый метод создания полиамидов - класса пластиков, известных своей прочностью и долговечностью, наиболее известными из которых являются нейлоны - с использованием сахарного ядра, полученного из сельскохозяйственных отходов.
Новый метод использует возобновляемый ресурс и достигает этой трансформации эффективно и с минимальным воздействием на окружающую среду. "Типичные пластиковые изделия, полученные из ископаемого топлива, нуждаются в ароматических группах, чтобы придать жесткость своим пластикам - это придает им такие свойства, как твердость, прочность и устойчивость к высокой температуре", - говорит Лутербахер. "Здесь мы получаем аналогичные результаты, но используем сахарную структуру, которая широко распространена в природе и, в целом, полностью нетоксична, чтобы придать жесткость и свойства производительности".
Лоренц Манкер, главный автор исследования, и его коллеги разработали процесс без использования катализатора для превращения диметилглиоксилата ксилоузы, стабилизированного углеводорода, полученного напрямую из биомассы, такой как древесина или кукурузные початки, в полиамиды высокого качества. Процесс обладает впечатляющей атомной эффективностью в 97%, что означает, что почти все исходное вещество используется в конечном продукте, что значительно сокращает отходы.
Биооснованные полиамиды обладают свойствами, способными конкурировать с их ископаемыми аналогами, предлагая многообещающую альтернативу для различных применений. Более того, материалы проявляют значительную устойчивость при механической переработке, сохраняя свою целостность и производительность, что является важным фактором для управления жизненным циклом устойчивых материалов.
Источник:
Лоренц П. Манкер и др., Полиамиды с высокими эксплуатационными характеристиками, созданные на основе экологически чистого углеводного ядра (Lorenz P. Manker et al, Performance polyamides built on a sustainable carbohydrate core), Nature Sustainability (2024). DOI: 10.1038/s41893-024-01298-7
=======================
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
Трехногий робот, катающийся на роликах, способный к очень стабильному передвижению.
Ученые из Университета Мичигана недавно разработали робота SKOOTR, который может эффективно перемещаться вокруг себя без переворачивания. Этот робот, представленный в статье на препринт-сервере arXiv, оказался более устойчивым, чем другие трехногие роботы, которые часто страдают от плохой устойчивости из-за отсутствия четвертой ноги для лучшего балансирования своего тела.
"Одной из основных задач моей лаборатории является разработка открытых робототехнических платформ, которые часто вдохновляются биологией", - сказала Талия Й. Мур, соавтор статьи. "Мне пришла в голову эта идея, когда я каталась на офисном стуле между группами студентов. Я поняла, что пассивно катящийся офисный стул легко может вращаться в любом направлении, и я могу использовать свои ноги для выполнения различных маневров, оставаясь удивительно стабильной. Я поняла, что этот возможный маневренный потенциал похож на то, как морские звезды меняют направление при плавании".
Основной идеей, которая лежит в основе этого последнего исследования, было сочетание маневренности шарового робота с устойчивостью и многофункциональностью робота с ногами. Использование радиально-симметричной конфигурации, подобной морской звезде или паутине паука, позволило бы роботу легко менять направление, но требовало бы открытия новых форм передвижения, возникающих при одновременном толчке и катании. Мур предложила эту идею своим студентам-бакалаврам, и один из них, Адам Ханг, решил дальше исследовать ее.
"Адам Ханг уехал на лето и построил робота, используя свой 3D-принтер дома", - сказала Мур. "Один из моих аспирантов, Чаллен Эннинфул Аду, также помогал с динамикой и управлением. Мы встречались каждую неделю по Zoom весь тот летний период и к началу осеннего семестра у нас был полностью функциональный робот". SKOOTR, робот, разработанный Мур и ее коллегами, состоит из большой сферы, расположенной посередине трех роботизированных ног. На вершине пассивно вращающейся сферы находится центральный узел, в котором находятся все электронные компоненты, поддерживающие работу робота.
Источник:
Адам Джошуа Хунг и др., SKOOTR: катающийся на коньках всеориентированный трехногий робот (Adam Joshua Hung et al, SKOOTR: A SKating, Omni-Oriented, Tripedal Robot), arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.04374
=======================
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 Мичигана недавно разработали робота SKOOTR, который может эффективно перемещаться вокруг себя без переворачивания. Этот робот, представленный в статье на препринт-сервере arXiv, оказался более устойчивым, чем другие трехногие роботы, которые часто страдают от плохой устойчивости из-за отсутствия четвертой ноги для лучшего балансирования своего тела.
"Одной из основных задач моей лаборатории является разработка открытых робототехнических платформ, которые часто вдохновляются биологией", - сказала Талия Й. Мур, соавтор статьи. "Мне пришла в голову эта идея, когда я каталась на офисном стуле между группами студентов. Я поняла, что пассивно катящийся офисный стул легко может вращаться в любом направлении, и я могу использовать свои ноги для выполнения различных маневров, оставаясь удивительно стабильной. Я поняла, что этот возможный маневренный потенциал похож на то, как морские звезды меняют направление при плавании".
Основной идеей, которая лежит в основе этого последнего исследования, было сочетание маневренности шарового робота с устойчивостью и многофункциональностью робота с ногами. Использование радиально-симметричной конфигурации, подобной морской звезде или паутине паука, позволило бы роботу легко менять направление, но требовало бы открытия новых форм передвижения, возникающих при одновременном толчке и катании. Мур предложила эту идею своим студентам-бакалаврам, и один из них, Адам Ханг, решил дальше исследовать ее.
"Адам Ханг уехал на лето и построил робота, используя свой 3D-принтер дома", - сказала Мур. "Один из моих аспирантов, Чаллен Эннинфул Аду, также помогал с динамикой и управлением. Мы встречались каждую неделю по Zoom весь тот летний период и к началу осеннего семестра у нас был полностью функциональный робот". SKOOTR, робот, разработанный Мур и ее коллегами, состоит из большой сферы, расположенной посередине трех роботизированных ног. На вершине пассивно вращающейся сферы находится центральный узел, в котором находятся все электронные компоненты, поддерживающие работу робота.
Источник:
Адам Джошуа Хунг и др., SKOOTR: катающийся на коньках всеориентированный трехногий робот (Adam Joshua Hung et al, SKOOTR: A SKating, Omni-Oriented, Tripedal Robot), arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.04374
=======================
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
Трёхмерная модель по фотографиям
Новая технология искусственного интеллекта позволяет создавать и редактировать трехмерные модели реальных объектов. Представьте, что вы просто проводите своим смартфоном вокруг объекта и получаете реалистичную, полностью редактируемую трехмерную модель, которую можно просматривать с любого угла. Благодаря прогрессу в области искусственного интеллекта, это становится реальностью.
Исследователи из Университета Саймона Фрейзера (SFU) в Канаде представили новую технологию искусственного интеллекта, позволяющую делать именно это. Вскоре обычные потребители смогут делать трехмерные снимки реальных объектов и редактировать их форму и внешний вид так же легко, как сегодня редактируют обычные двумерные фотографии.
В новой статье, опубликованной на сервере предварительных публикаций arXiv и представленной на конференции по обработке нейронной информации (NeurIPS) в Новом Орлеане, Луизиана, исследователи продемонстрировали новую технику под названием Proximity Attention Point Rendering (PAPR), которая может превратить набор двухмерных фотографий объекта в облако трехмерных точек, представляющих форму и внешний вид объекта. Каждая точка дает пользователю возможность управлять объектом: перемещение точки изменяет форму объекта, а изменение свойств точки изменяет внешний вид объекта. Затем в процессе, известном как "рендеринг", облако трехмерных точек можно просматривать с любого угла и преобразовывать в двумерное фото, которое показывает отредактированный объект так, как будто фотография была сделана с этого ракурса в реальной жизни.
Используя новую технологию искусственного интеллекта, исследователи показали, как можно оживить статую. Технология автоматически преобразовала набор фотографий статуи в трехмерное облако точек, которое затем было анимировано. В результате получилось видео, на котором статуя поворачивает голову из стороны в сторону, когда зритель перемещается вокруг нее.
Источник:
Яншу Чжан и др., PAPR: визуализация точек приближения (Yanshu Zhang et al, PAPR: Proximity Attention Point Rendering), arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2307.11086
=======================
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!
Новая технология искусственного интеллекта позволяет создавать и редактировать трехмерные модели реальных объектов. Представьте, что вы просто проводите своим смартфоном вокруг объекта и получаете реалистичную, полностью редактируемую трехмерную модель, которую можно просматривать с любого угла. Благодаря прогрессу в области искусственного интеллекта, это становится реальностью.
Исследователи из Университета Саймона Фрейзера (SFU) в Канаде представили новую технологию искусственного интеллекта, позволяющую делать именно это. Вскоре обычные потребители смогут делать трехмерные снимки реальных объектов и редактировать их форму и внешний вид так же легко, как сегодня редактируют обычные двумерные фотографии.
В новой статье, опубликованной на сервере предварительных публикаций arXiv и представленной на конференции по обработке нейронной информации (NeurIPS) в Новом Орлеане, Луизиана, исследователи продемонстрировали новую технику под названием Proximity Attention Point Rendering (PAPR), которая может превратить набор двухмерных фотографий объекта в облако трехмерных точек, представляющих форму и внешний вид объекта. Каждая точка дает пользователю возможность управлять объектом: перемещение точки изменяет форму объекта, а изменение свойств точки изменяет внешний вид объекта. Затем в процессе, известном как "рендеринг", облако трехмерных точек можно просматривать с любого угла и преобразовывать в двумерное фото, которое показывает отредактированный объект так, как будто фотография была сделана с этого ракурса в реальной жизни.
Используя новую технологию искусственного интеллекта, исследователи показали, как можно оживить статую. Технология автоматически преобразовала набор фотографий статуи в трехмерное облако точек, которое затем было анимировано. В результате получилось видео, на котором статуя поворачивает голову из стороны в сторону, когда зритель перемещается вокруг нее.
Источник:
Яншу Чжан и др., PAPR: визуализация точек приближения (Yanshu Zhang et al, PAPR: Proximity Attention Point Rendering), arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2307.11086
=======================
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🔥3
Теория реплик демонстрирует, что глубокие нейронные сети мыслят похожим образом
Как вы понимаете, что вы видите, например, собаку? Каковы шансы, что вы правы? Если вы, представим на минутку, алгоритм машинного обучения, вы просматриваете тысячи изображений и обрабатываете миллионы вероятностей, чтобы получить "истинный" ответ, но разные алгоритмы идут разными путями, чтобы достичь результата. Так полагали раньше.
Совместная работа исследователей из Корнеллского университета и Университета Пенсильвании позволила разобраться в этом огромном объеме данных и показать, что большинство успешных глубоких нейронных сетей следуют похожему пути в одном "низкоразмерном" пространстве.
"Некоторые нейронные сети идут разными путями. Они движутся с разной скоростью. Но удивительное то, что все они движутся в одном направлении", - сказал Джеймс Сетна, профессор физики в Колледже искусств и наук, возглавляющий команду из Корнелла. Техника команды может стать инструментом для определения наиболее эффективных сетей.
Работа группы "Процесс обучения множества глубоких сетей исследует одну и ту же низкоразмерную многообразность" опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Главный автор - Джиалин Мао из Университета Пенсильвании. Проект имеет свои корни в алгоритме, разработанном Кэтрин Куинн, который может использоваться для обработки больших наборов данных и поиска наиболее важных закономерностей, также известных как предельный случай нулевых данных. Сетна и Куинн ранее использовали эту "теорию репликации" для анализа данных космического микроволнового фона, то есть излучения, оставшегося от ранних дней Вселенной, и сопоставления характеристик нашей вселенной с возможными особенностями различных вселенных.
"Хитрый метод" Куинн, как его называет Сетна, привел к созданию трехмерной визуализации "для выявления истинных низкоразмерных закономерностей в этом чрезвычайно многомерном пространстве". После публикации этих результатов Сетна обратился к Пратику Чаудхари из Университета Пенсильвании, который предложил сотрудничество. "Пратик понял, что эта техника может быть применена к изучению глубоких нейронных сетей, и мы решили совместно работать над этим", - сказал Сетна.
Источник:
Цзялин Мао и др., процесс обучения многих глубоких сетей исследует одно и то же низкоразмерное многообразие (Jialin Mao et al, The training process of many deep networks explores the same low-dimensional manifold), Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2310002121
=======================
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!
Как вы понимаете, что вы видите, например, собаку? Каковы шансы, что вы правы? Если вы, представим на минутку, алгоритм машинного обучения, вы просматриваете тысячи изображений и обрабатываете миллионы вероятностей, чтобы получить "истинный" ответ, но разные алгоритмы идут разными путями, чтобы достичь результата. Так полагали раньше.
Совместная работа исследователей из Корнеллского университета и Университета Пенсильвании позволила разобраться в этом огромном объеме данных и показать, что большинство успешных глубоких нейронных сетей следуют похожему пути в одном "низкоразмерном" пространстве.
"Некоторые нейронные сети идут разными путями. Они движутся с разной скоростью. Но удивительное то, что все они движутся в одном направлении", - сказал Джеймс Сетна, профессор физики в Колледже искусств и наук, возглавляющий команду из Корнелла. Техника команды может стать инструментом для определения наиболее эффективных сетей.
Работа группы "Процесс обучения множества глубоких сетей исследует одну и ту же низкоразмерную многообразность" опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Главный автор - Джиалин Мао из Университета Пенсильвании. Проект имеет свои корни в алгоритме, разработанном Кэтрин Куинн, который может использоваться для обработки больших наборов данных и поиска наиболее важных закономерностей, также известных как предельный случай нулевых данных. Сетна и Куинн ранее использовали эту "теорию репликации" для анализа данных космического микроволнового фона, то есть излучения, оставшегося от ранних дней Вселенной, и сопоставления характеристик нашей вселенной с возможными особенностями различных вселенных.
"Хитрый метод" Куинн, как его называет Сетна, привел к созданию трехмерной визуализации "для выявления истинных низкоразмерных закономерностей в этом чрезвычайно многомерном пространстве". После публикации этих результатов Сетна обратился к Пратику Чаудхари из Университета Пенсильвании, который предложил сотрудничество. "Пратик понял, что эта техника может быть применена к изучению глубоких нейронных сетей, и мы решили совместно работать над этим", - сказал Сетна.
Источник:
Цзялин Мао и др., процесс обучения многих глубоких сетей исследует одно и то же низкоразмерное многообразие (Jialin Mao et al, The training process of many deep networks explores the same low-dimensional manifold), Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2310002121
=======================
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
Преобразование древесных отходов в чернила для 3D-печати деревянных объектов
Команда ученых-материаловедов из университета Райса и Национальной лаборатории Оук-Ридж разработала способ превращения древесных отходов в тип чернил, которые могут использоваться для 3D-печати деревянных объектов. Статья об этом была опубликована в журнале Science Advances. Использование древесины для создания предметов, таких как столы и стулья, является неэффективным процессом. После начального этапа обработки древесины, когда из нее получают заготовки или куски, материал подвергается распилу, строганию и/или шлифовке для создания желаемого изделия, в результате чего образуются многочисленные мелкие кусочки древесины и опилки. В своей новой работе исследовательская группа нашла способ использования отходов от деревообработки для создания новых изделий из дерева.
Для создания чернил исследовательская группа первоначально измельчила древесный материал до состояния мелкой пыли. Затем они добавили химические вещества, которые разделили целлюлозу и лигнин, после чего оба были дальше разложены на нанокристаллы и нановолокна. Затем исследователи снова соединили эти два компонента, добавили воду и получили смесь, похожую на глину, которую они использовали в 3D-принтере в качестве чернил. Команда использовала эти чернила для создания нескольких маленьких объектов, таких как миниатюрные столы и стулья. После они применили метод замораживания и сушки для удаления влаги из изделий, а затем нагрели их до 180°C для слияния целлюлозы и лигнина. В результате получились деревянные или деревоподобные объекты.
Исследователи обнаружили, что, изменяя процесс печати, они могут создавать текстуры, напоминающие древесину, на полученных изделиях. Они также отметили, что готовые объекты имеют запах натуральной древесины. Тестирование показало, что эти объекты прочнее в шесть раз по сравнению с объектами, изготовленными из обычной древесины (однако исследователи использовали лишь бальзовую древесину для тестов). Они также обнаружили, что их напечатанные изделия в три раза гибче, чем аналогичные объекты, изготовленные из обычной древесины. Хотя процесс был протестирован только на маленьких объектах, исследователи предполагают, что их метод может быть использован для создания гораздо больших объектов.
Использование древесных отходов для создания чернил для 3D-печати деревянных объектов открывает новые перспективы в области древесных материалов и их переработки. Этот метод позволяет эффективно использовать древесину и сокращает количество отходов, которые обычно образуются при изготовлении деревянных изделий. Более того, полученные объекты обладают высокой прочностью и гибкостью, а также сохраняют естественный запах дерева. Результаты этого исследования могут быть применены в различных областях, включая мебельное производство, строительство и дизайн.
Источник:
доктор Шаджедул Хок Тхакур и др., Трехмерная печать из дерева (Md Shajedul Hoque Thakur et al, Three-dimensional printing of wood), Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk3250
=======================
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!
Команда ученых-материаловедов из университета Райса и Национальной лаборатории Оук-Ридж разработала способ превращения древесных отходов в тип чернил, которые могут использоваться для 3D-печати деревянных объектов. Статья об этом была опубликована в журнале Science Advances. Использование древесины для создания предметов, таких как столы и стулья, является неэффективным процессом. После начального этапа обработки древесины, когда из нее получают заготовки или куски, материал подвергается распилу, строганию и/или шлифовке для создания желаемого изделия, в результате чего образуются многочисленные мелкие кусочки древесины и опилки. В своей новой работе исследовательская группа нашла способ использования отходов от деревообработки для создания новых изделий из дерева.
Для создания чернил исследовательская группа первоначально измельчила древесный материал до состояния мелкой пыли. Затем они добавили химические вещества, которые разделили целлюлозу и лигнин, после чего оба были дальше разложены на нанокристаллы и нановолокна. Затем исследователи снова соединили эти два компонента, добавили воду и получили смесь, похожую на глину, которую они использовали в 3D-принтере в качестве чернил. Команда использовала эти чернила для создания нескольких маленьких объектов, таких как миниатюрные столы и стулья. После они применили метод замораживания и сушки для удаления влаги из изделий, а затем нагрели их до 180°C для слияния целлюлозы и лигнина. В результате получились деревянные или деревоподобные объекты.
Исследователи обнаружили, что, изменяя процесс печати, они могут создавать текстуры, напоминающие древесину, на полученных изделиях. Они также отметили, что готовые объекты имеют запах натуральной древесины. Тестирование показало, что эти объекты прочнее в шесть раз по сравнению с объектами, изготовленными из обычной древесины (однако исследователи использовали лишь бальзовую древесину для тестов). Они также обнаружили, что их напечатанные изделия в три раза гибче, чем аналогичные объекты, изготовленные из обычной древесины. Хотя процесс был протестирован только на маленьких объектах, исследователи предполагают, что их метод может быть использован для создания гораздо больших объектов.
Использование древесных отходов для создания чернил для 3D-печати деревянных объектов открывает новые перспективы в области древесных материалов и их переработки. Этот метод позволяет эффективно использовать древесину и сокращает количество отходов, которые обычно образуются при изготовлении деревянных изделий. Более того, полученные объекты обладают высокой прочностью и гибкостью, а также сохраняют естественный запах дерева. Результаты этого исследования могут быть применены в различных областях, включая мебельное производство, строительство и дизайн.
Источник:
доктор Шаджедул Хок Тхакур и др., Трехмерная печать из дерева (Md Shajedul Hoque Thakur et al, Three-dimensional printing of wood), Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk3250
=======================
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👍1
Раскрыта 100-летняя загадка физики: загадка плавления!
Профессор Костя Траченко из Школы физических и химических наук Университета Куин Мэри в Лондоне наконец-то решил долговременную проблему в физике. Его исследование, опубликованное в журнале Physical Review E, представляет общую теорию для предсказания точек плавления - фундаментального свойства, понимание которого сбивало с толку ученых на протяжении более столетия.
Десятилетиями наше понимание трех основных состояний вещества - твердого, жидкого и газообразного - опиралось на фазовые диаграммы температура-давление. Эти диаграммы показывают условия, при которых каждое состояние существует, с отдельными линиями, разделяющими их. Однако одна важная линия, линия плавления - обозначающая переход от твердого к жидкому состоянию - не имела универсального описания.
Теория профессора Траченко заполняет этот пробел. Разработав новую концепцию, которая включает в себя последние достижения в теории жидкостей, он показывает, что простое параболическое уравнение может описывать линии плавления. Это не только предлагает практический инструмент для предсказания точек плавления, но и раскрывает удивительную универсальность в различных типах материалов. Эта универсальность объясняется тем, что параметры в параболическом уравнении определяются фундаментальными физическими постоянными, такими как постоянная Планка, масса и заряд электрона.
"Простота и универсальность этого результаты особенно захватывают," - объясняет профессор Траченко. - "Это говорит о том, что плавление, несмотря на свою сложность, проявляет фундаментальное единство в различных системах, от инертных газов до металлов."
Это открытие имеет значительные последствия не только для теоретической физики. Точное предсказание точек плавления критически важно в материаловедении, с применением в области разработки лекарств, проектирования передовых материалов и других областей, где важно предсказание фазовых диаграмм. Работа профессора Траченко открывает путь к более глубокому пониманию фазовых переходов и созданию новых материалов с определенными свойствами.
Источник:
Траченко К., Теория линий плавления (K. Trachenko, Theory of melting lines), Physical Review E (2024). DOI: 10.1103/PhysRevE.109.034122
=======================
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!
Профессор Костя Траченко из Школы физических и химических наук Университета Куин Мэри в Лондоне наконец-то решил долговременную проблему в физике. Его исследование, опубликованное в журнале Physical Review E, представляет общую теорию для предсказания точек плавления - фундаментального свойства, понимание которого сбивало с толку ученых на протяжении более столетия.
Десятилетиями наше понимание трех основных состояний вещества - твердого, жидкого и газообразного - опиралось на фазовые диаграммы температура-давление. Эти диаграммы показывают условия, при которых каждое состояние существует, с отдельными линиями, разделяющими их. Однако одна важная линия, линия плавления - обозначающая переход от твердого к жидкому состоянию - не имела универсального описания.
Теория профессора Траченко заполняет этот пробел. Разработав новую концепцию, которая включает в себя последние достижения в теории жидкостей, он показывает, что простое параболическое уравнение может описывать линии плавления. Это не только предлагает практический инструмент для предсказания точек плавления, но и раскрывает удивительную универсальность в различных типах материалов. Эта универсальность объясняется тем, что параметры в параболическом уравнении определяются фундаментальными физическими постоянными, такими как постоянная Планка, масса и заряд электрона.
"Простота и универсальность этого результаты особенно захватывают," - объясняет профессор Траченко. - "Это говорит о том, что плавление, несмотря на свою сложность, проявляет фундаментальное единство в различных системах, от инертных газов до металлов."
Это открытие имеет значительные последствия не только для теоретической физики. Точное предсказание точек плавления критически важно в материаловедении, с применением в области разработки лекарств, проектирования передовых материалов и других областей, где важно предсказание фазовых диаграмм. Работа профессора Траченко открывает путь к более глубокому пониманию фазовых переходов и созданию новых материалов с определенными свойствами.
Источник:
Траченко К., Теория линий плавления (K. Trachenko, Theory of melting lines), Physical Review E (2024). DOI: 10.1103/PhysRevE.109.034122
=======================
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
Голографическое сообщение, закодированное в простом пластике
Голография - удивительная технология хранения данных, которая использует принцип интерференции волн для создания трехмерных изображений. Обычно создание голограмм требует сложного оборудования и прецизионных лазеров, однако исследователи из Технического университета Вены нашли способ сделать этот процесс более доступным.
Их исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, демонстрирует, что обычный 3D-принтер можно использовать для создания голограммы на пластиковой панели, в которой можно хранить данные, например, QR-код. Для чтения информации используются терагерцовые лучи - электромагнитное излучение, невидимое для человеческого глаза.
Главное отличие голограммы от обычного изображения заключается в том, что каждый пиксель не имеет четко определенной позиции. Если вы отрежете кусок голограммы, остальная часть все равно сможет создать полное изображение, хоть и с некоторой потерей качества. Вся информация в голограмме распределена по всей площади, а не хранится пиксель за пикселем.
Исследователи применили этот принцип к терагерцовым лучам, которые имеют частоту от сотен до нескольких тысяч гигагерц. терагерцовое излучение направляется на тонкую пластину из пластика, которая практически прозрачна для этих лучей. Однако она имеет более высокий показатель преломления, чем окружающий воздух, и изменяет падающую волну в каждой точке пластины.
Эксперименты показали, что голограммы, созданные с использованием 3D-принтера и терагерцовых лучей, могут быть успешно считаны и декодированы. Это открывает перспективы для разработки новых методов хранения данных, которые могут быть использованы в различных областях, включая информационные технологии, архивирование и медицину.
Таким образом, голография как технология хранения данных продолжает развиваться, и новые исследования позволяют сделать этот процесс более доступным и эффективным. В будущем мы можем ожидать еще большего прогресса в области голографического хранения данных и его применения в различных сферах нашей жизни.
Источник:
Э. Констебль и др., Кодирование голографических битов терагерцового диапазона с помощью фазовой пластины, напечатанной на компьютере на 3D-принтере (E. Constable et al, Encoding terahertz holographic bits with a computer-generated 3D-printed phase plate), Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-56113-2
=======================
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!
Голография - удивительная технология хранения данных, которая использует принцип интерференции волн для создания трехмерных изображений. Обычно создание голограмм требует сложного оборудования и прецизионных лазеров, однако исследователи из Технического университета Вены нашли способ сделать этот процесс более доступным.
Их исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, демонстрирует, что обычный 3D-принтер можно использовать для создания голограммы на пластиковой панели, в которой можно хранить данные, например, QR-код. Для чтения информации используются терагерцовые лучи - электромагнитное излучение, невидимое для человеческого глаза.
Главное отличие голограммы от обычного изображения заключается в том, что каждый пиксель не имеет четко определенной позиции. Если вы отрежете кусок голограммы, остальная часть все равно сможет создать полное изображение, хоть и с некоторой потерей качества. Вся информация в голограмме распределена по всей площади, а не хранится пиксель за пикселем.
Исследователи применили этот принцип к терагерцовым лучам, которые имеют частоту от сотен до нескольких тысяч гигагерц. терагерцовое излучение направляется на тонкую пластину из пластика, которая практически прозрачна для этих лучей. Однако она имеет более высокий показатель преломления, чем окружающий воздух, и изменяет падающую волну в каждой точке пластины.
Эксперименты показали, что голограммы, созданные с использованием 3D-принтера и терагерцовых лучей, могут быть успешно считаны и декодированы. Это открывает перспективы для разработки новых методов хранения данных, которые могут быть использованы в различных областях, включая информационные технологии, архивирование и медицину.
Таким образом, голография как технология хранения данных продолжает развиваться, и новые исследования позволяют сделать этот процесс более доступным и эффективным. В будущем мы можем ожидать еще большего прогресса в области голографического хранения данных и его применения в различных сферах нашей жизни.
Источник:
Э. Констебль и др., Кодирование голографических битов терагерцового диапазона с помощью фазовой пластины, напечатанной на компьютере на 3D-принтере (E. Constable et al, Encoding terahertz holographic bits with a computer-generated 3D-printed phase plate), Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-56113-2
=======================
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
Мост в коробке: раскрываем оригами для создания несущих конструкций
Инженеры из Университета Мичигана впервые продемонстрировали возможность создания несущих конструкций, таких как мосты и укрытия, с помощью оригами-модулей - универсальных компонентов, которые могут компактно складываться и принимать различные формы. Это достижение может позволить сообществам быстро восстанавливать поврежденные или разрушенные сооружения и системы в результате природных катастроф, а также строить в местах, которые ранее считались непрактичными, включая космическое пространство.
Технология также может использоваться для строительства сооружений, которые нужно быстро собирать и разбирать, таких как концертные площадки и сцены для мероприятий. «Благодаря своей адаптивности и способности выдерживать нагрузку, наша система может строить сооружения, которые могут использоваться в современном строительстве», - сказал Евгений Филипов, доцент кафедры гражданского и окружающего инженерного дела и механической инженерии, соавтор исследования.
Принципы оригами позволяют складывать большие материалы и сжимать их в небольшие пространства. И с учетом растущей популярности модульных строительных систем, возможности для компонентов, которые легко хранятся и транспортируются, становятся все шире. Исследователи многие годы пытались создать оригами-системы с необходимой грузоподъемностью, сохраняя при этом возможность быстрого развертывания и переконфигурации.
Инженеры из Университета Мичигана создали оригами-систему, которая решает эту проблему. Примеры того, что может создавать эта система, включают:
1) Колонну высотой 1 метр, которая может выдерживать нагрузку в 2,1 тонны, при этом сама весит немного более 16 фунтов, а площадь основания составляет менее 1 квадратного фута.
2) Упаковку, которая может развернуться из куба шириной 1,6 фута и превратиться в различные структуры, включая 13-футовый пешеходный мост, 6,5-футовую автобусную остановку и 13-футовую колонну.
Ключом к этому решению стал новый подход к проектированию, предложенный И Чжу, научным сотрудником в области машиностроения и первым автором исследования. «Когда люди работают над концепциями оригами, они обычно начинают с идеи тонких моделей, сложенных из бумаги, — при условии, что ваши материалы будут тонкими, как бумага», — сказал Чжу. «Однако, чтобы строить обычные конструкции, такие как мосты и автобусные остановки, с помощью оригами, нам нужны математические инструменты, которые могут напрямую учитывать толщину во время первоначального проектирования оригами».
Чтобы повысить несущую способность, многие исследователи пытались утолщать свои конструкции толщиной с бумагу в разных местах. Однако инженеры обнаружили, что единообразие является ключевым моментом. «Происходит следующее: вы добавляете один уровень толщины здесь, а другой уровень толщины там, и получается несовпадение», — сказал Филипов. «Поэтому, когда нагрузка проходит через эти компоненты, это начинает вызывать изгиб. Эта однородность толщины компонента — это то, что является ключевым моментом и чего не хватает во многих современных системах оригами. Когда у вас есть это, вместе с соответствующими фиксирующими устройствами, вес, приложенный к конструкции, может быть равномерно перенесен по всей конструкции».
Источник:
И Чжу и др., Крупномасштабные модульные и адаптируемые и несущие конструкции одинаковой толщины в стиле оригами (Yi Zhu et al, Large-scale modular and uniformly thick origami-inspired adaptable and load-carrying structures), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46667-0
=======================
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!
Инженеры из Университета Мичигана впервые продемонстрировали возможность создания несущих конструкций, таких как мосты и укрытия, с помощью оригами-модулей - универсальных компонентов, которые могут компактно складываться и принимать различные формы. Это достижение может позволить сообществам быстро восстанавливать поврежденные или разрушенные сооружения и системы в результате природных катастроф, а также строить в местах, которые ранее считались непрактичными, включая космическое пространство.
Технология также может использоваться для строительства сооружений, которые нужно быстро собирать и разбирать, таких как концертные площадки и сцены для мероприятий. «Благодаря своей адаптивности и способности выдерживать нагрузку, наша система может строить сооружения, которые могут использоваться в современном строительстве», - сказал Евгений Филипов, доцент кафедры гражданского и окружающего инженерного дела и механической инженерии, соавтор исследования.
Принципы оригами позволяют складывать большие материалы и сжимать их в небольшие пространства. И с учетом растущей популярности модульных строительных систем, возможности для компонентов, которые легко хранятся и транспортируются, становятся все шире. Исследователи многие годы пытались создать оригами-системы с необходимой грузоподъемностью, сохраняя при этом возможность быстрого развертывания и переконфигурации.
Инженеры из Университета Мичигана создали оригами-систему, которая решает эту проблему. Примеры того, что может создавать эта система, включают:
1) Колонну высотой 1 метр, которая может выдерживать нагрузку в 2,1 тонны, при этом сама весит немного более 16 фунтов, а площадь основания составляет менее 1 квадратного фута.
2) Упаковку, которая может развернуться из куба шириной 1,6 фута и превратиться в различные структуры, включая 13-футовый пешеходный мост, 6,5-футовую автобусную остановку и 13-футовую колонну.
Ключом к этому решению стал новый подход к проектированию, предложенный И Чжу, научным сотрудником в области машиностроения и первым автором исследования. «Когда люди работают над концепциями оригами, они обычно начинают с идеи тонких моделей, сложенных из бумаги, — при условии, что ваши материалы будут тонкими, как бумага», — сказал Чжу. «Однако, чтобы строить обычные конструкции, такие как мосты и автобусные остановки, с помощью оригами, нам нужны математические инструменты, которые могут напрямую учитывать толщину во время первоначального проектирования оригами».
Чтобы повысить несущую способность, многие исследователи пытались утолщать свои конструкции толщиной с бумагу в разных местах. Однако инженеры обнаружили, что единообразие является ключевым моментом. «Происходит следующее: вы добавляете один уровень толщины здесь, а другой уровень толщины там, и получается несовпадение», — сказал Филипов. «Поэтому, когда нагрузка проходит через эти компоненты, это начинает вызывать изгиб. Эта однородность толщины компонента — это то, что является ключевым моментом и чего не хватает во многих современных системах оригами. Когда у вас есть это, вместе с соответствующими фиксирующими устройствами, вес, приложенный к конструкции, может быть равномерно перенесен по всей конструкции».
Источник:
И Чжу и др., Крупномасштабные модульные и адаптируемые и несущие конструкции одинаковой толщины в стиле оригами (Yi Zhu et al, Large-scale modular and uniformly thick origami-inspired adaptable and load-carrying structures), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46667-0
=======================
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