Искусственный интеллект приручает буйную плазму

Учёные уже десятилетиями завороженно наблюдают за сложным танцем атомов, сливающихся и высвобождающих энергию. Теперь человеческая изобретательность и искусственный интеллект объединились в Принстонской лаборатории плазменной физики Министерства энергетики США, чтобы решить одну из самых насущных проблем человечества - получение чистой и надёжной энергии из управляемой плазмы.

Машинное обучение, в отличие от традиционного программного кода, - это не просто набор инструкций, а интеллектуальное программное обеспечение, способное анализировать данные, находить взаимосвязи, обучаться и адаптироваться. Учёные PPPL верят, что эта способность к обучению и адаптации поможет им лучше контролировать реакции синтеза, совершенствуя конструкцию реакторов, оптимизируя методы нагрева и поддерживая стабильность реакции.

Исследования искусственного интеллекта в PPPL уже приносят впечатляющие результаты. Учёным удалось с помощью машинного обучения предотвратить опасные возмущения в плазме, которые могли бы вывести из строя установку. Более того, им удалось добиться этого на двух разных токамаках, используя один и тот же код. Это важный шаг на пути к коммерческому использованию управляемого термоядерного синтеза.

Но на этом исследователи не останавливаются. Они также применяют искусственный интеллект для улучшения конструкции стеллараторов - ещё одного типа термоядерных реакторов, напоминающих закрученные пончики. Кроме того, учёные пытаются найти оптимальные условия для нагрева ионов в плазме, используя радиочастотный метод. И всё это с помощью машинного обучения, которое позволяет ускорить сложные вычисления и принимать решения в режиме реального времени.

Впечатляющие успехи PPPL в области применения искусственного интеллекта для управления термоядерной плазмой вселяют оптимизм в отношении перспектив коммерческого использования управляемого термоядерного синтеза. Похоже, учёным удаётся приручить буйную стихию плазмы, и в обозримом будущем мы сможем получать чистую энергию из этого "звёздного" источника.

Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-48415-w

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Квантовый интернет становится реальностью

Создание квантового интернета, который мог бы передавать информацию по всему миру с помощью фотонов в различных квантовых состояниях, долгое время оставалось лишь мечтой. Но теперь физики из Гарварда сделали важный шаг к воплощению этой идеи в жизнь.

Исследователи под руководством Михаила Лукина, профессора физики Гарвардского университета, продемонстрировали работу самой длинной на сегодняшний день волоконно-оптической линии связи между двумя квантовыми узлами памяти. Эти узлы, представляющие собой миниатюрные квантовые компьютеры, были расположены всего на один этаж друг от друга в лаборатории Гарварда, но были соединены оптоволоконным кабелем протяжённостью около 35 километров.

В отличие от классического интернета, где информация передаётся с помощью битов, квантовая сеть использует отдельные частицы света - фотоны. Это делает передачу данных абсолютно защищённой от взлома. Ключевым элементом системы являются квантовые ячейки памяти на основе дефектов в кристаллической структуре алмаза. Они позволяют хранить, обрабатывать и передавать квантовую информацию.

Создание такой двухузловой квантовой сети - лишь первый шаг. Исследователи планируют расширять свою систему, добавляя новые узлы и разрабатывая более сложные протоколы взаимодействия. Эта работа приближает нас к практическому воплощению идеи квантового интернета, который сможет обеспечить беспрецедентную защиту передаваемых данных.

Источник:
DOI: 10.1038/s41586-024-07252-z

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Мысли вслух: как мозг-машинный интерфейс помогает немым пациентам общаться

Учёные из Калифорнийского технологического института (Caltech) добились значительного прогресса в разработке мозг-машинного интерфейса (ММИ), который позволяет пациентам, потерявшим способность говорить, общаться, просто думая о словах. Недавние исследования показали, что ММИ успешно работает уже у двух пациентов, что говорит о перспективах этой технологии для помощи людям с нарушениями речи.

В 2022 году команда учёных сообщила об успешном использовании их ММИ пациентом для передачи непроизнесённых слов. Теперь, в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Human Behaviour, они продемонстрировали, что ММИ также эффективно работает у второго пациента.

"Мы очень воодушевлены этими новыми результатами, - говорит Ричард Андерсен, профессор нейронауки в Caltech. - Мы воспроизвели результаты у второго человека, что означает, что это не зависит от особенностей мозга одного человека или точного расположения имплантата. Это действительно более вероятно сработает и у других пациентов".

ММИ разрабатываются для помощи пациентам в различных ситуациях, например, для управления роботизированными руками или предсказания речи по сигналам мозга. Однако предсказание внутренней речи - мыслей человека - гораздо сложнее, поскольку это не связано с какими-либо движениями.
В новом исследовании учёные смогли с высокой точностью предсказывать слова, которые пациенты произносили мысленно. Они обнаружили, что область мозга под названием надкрайняя извилина отвечает за представление произнесённых слов, и смогли обучить ММИ распознавать эти сигналы.

Эта работа всё ещё находится на ранней стадии, но в перспективе она может помочь пациентам с травмами мозга, параличом или болезнями, такими как боковой амиотрофический склероз, которые нарушают речь. "Для таких пациентов, которые могут думать и рассуждать, но не могут говорить или двигаться, ММИ для внутренней речи был бы невероятно полезен", - говорит Сара Вандельт, ведущий автор исследования.

Хотя ММИ пока не могут читать мысли, эти новые разработки демонстрируют большой потенциал для улучшения качества жизни людей с нарушениями речи. По мере дальнейших исследований и совершенствования технологии, мы можем ожидать всё более впечатляющих достижений в этой области, которые помогут вернуть голос тем, кто его потерял.

Источник:
DOI: 10.1038/s41562-024-01867-y

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

В мире технологий постоянно происходит что-то новое. Порой новость об очередном изобретении, или разработке интересной технологии,или новом открытии кажется совсем незначительной, однако это всегда шаг к чем-то новому и более грандиозному. Поэтому я решил запустить новую рубрику, дайджест “По мелочам” про незначительные, на первый взгляд, достижения в области технологий, инженерного дела и технических наук.

В этом дебютном выпуске вы узнаете про новые дешёвые и экологичные аккумуляторы из цинка, воды и лигнина, про новый способ покорения вертикальных склонов при помощи робота-улитки, про новые ультратонкие акустические металинзы, про воздух в новых органических полупроводниках и революционную 3D-печать стеклянной оптики на кончике оптоволокна. Приятного чтения!

"Давайте поговорим отдельно о гиперпространстве. Это концепция, которая очень широко представлена в фантастике. Это некое измерение, предположительно, вот так его ещё изображают, как такой тоннель, некое измерение, внутри которого мы можем двигаться быстрее света.
В чём смысл? Мы в это измерение переходим и там летим быстрее света.
И в нужном месте мы из него выходим.
[...]
Но что можно о нём сказать с точки зрения современной физики?
О таких измерениях современной физике неизвестно. И опять же нет никаких предпосылок того, что такие измерения вообще существуют".

Мечтаете полететь к другой звезде на сверхсветовом звездолёте из Стар Трека? Или исследовать пустыню на мощном орнитоптере из Дюны? Задавались ли вы вопросом, а насколько реальны такие летательные аппараты из фантастических произведений и полёты на них? В этом видео для Ivan Lutz | Science Geek инженер и блогер Сергей Грищенко, преподаватель МАИ и автор научно-популярного проекта InGenium, рассказывает о том, что на сегодняшний день известно науке о полётах и какие научные преграды стоят перед воплощением в жизнь полётов из фантастических произведений.

Смотреть подкаст: https://www.youtube.com/live/IrTMnqB7xeg?si=Pu9qaP-wti8onOMt

Новый метод опреснения воды, который экономит до 80% энергии

Пресная вода становится критической проблемой во многих регионах мира, и некоторые уже полагаются на опреснение - извлечение пресной воды из морской воды. Однако традиционные методы опреснения имеют множество нежелательных побочных эффектов и требуют большого количества энергии.

Исследователи из Австралийского национального университета предложили новый метод опреснения воды, который избегает многих нежелательных побочных эффектов традиционных методов и снижает энергопотребление примерно на 80%.

Новый метод основан на термодиффузии - явлении, при котором соль переносится в более холодную сторону плавного температурного градиента от горячего к холодному. Вода при этом остается в жидкой фазе на протяжении всего процесса.

В экспериментальной установке исследователей морская вода проходила через узкий канал, верхняя пластина которого нагревалась до 60°C, а нижняя охлаждалась до 20°C. Менее соленая вода выходила из верхней части канала, а более соленая - из нижней. После нескольких циклов прохождения через канал соленость морской воды снижалась с 30 000 ppm до менее 500 ppm.

"Наша мечта - обеспечить парадигмальный сдвиг в технологии опреснения, основанной на методах, которые могут приводиться в действие низкотемпературным теплом в окружающей среде", - говорит ведущий исследователь Хуан Фелипе Торрес.

Этот метод не требует мембран или других ионообменных материалов, не подвержен загрязнению и может использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели. Это делает его особенно перспективным для развивающихся стран, сильно страдающих от последствий изменения климата.

Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-47313-5

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Волшебство самосборки: как учёные приближаются к созданию наноструктур

Представьте, что вы кладете в коробку разобранные часы, как из конструктора, и начинаете встряхивать её. Через несколько минут вы заглядываете внутрь и видите собранные, полностью функционирующие часы. Это кажется фантастикой, но именно так природа создаёт сложные биологические структуры. Учёные из Университета штата Аризона решили выяснить, как же работает этот процесс, и уже приблизились к созданию уникальных наноструктур, которые могут стать основой для новых технологий.

Природа изобилует примерами самосборки — процессом, при котором молекулы самостоятельно объединяются в сложные структуры. Представьте бактерии, клетки и вирусы, которые строят сложнейшие наноструктуры, наподобие защитных оболочек или флагелл, помогающим бактериям передвигаться. Эти структуры возникают спонтанно благодаря особым молекулярным взаимодействиям. Учёные давно надеются понять, как происходит этот процесс, и использовать его для создания новых технологий в области компьютерных наук, материаловедения и медицины.

Команда под руководством ассистент-профессора Петра Сулца из Университета штата Аризона сделала существенный шаг к копированию самосборки, наблюдаемой в природе. В новом исследовании они описывают создание синтетического кристалла под названием "пирохлор" с уникальными оптическими свойствами. Ключом к успеху стала разработка нового метода симуляции, который предсказывает и направляет процесс самосборки, избегая нежелательных структур и обеспечивая правильное объединение молекул.

Созданные методы позволили инженерам создать нанокристалл пирохлор — особый тип решётки, которая может функционировать как оптический метаматериал. «Эти материалы могут пропускать только определённые длины волн света», — объясняет Сулц. «Такие метаматериалы могут использоваться для создания оптических компьютеров и более чувствительных детекторов во многих областях». Новые разработки профессора открывают перспективы создания сложных самособирающихся устройств на наноуровне — размере, сопоставимом с размером вирусов.

Вызов при попытке создать полезные симуляции столь сложных процессов невероятен. В ходе сборки молекулы хаотически танцуют в течение минут или часов. Но даже самые мощные симуляции в мире могут моделировать только несколько миллисекунд. «Поэтому мы разработали целый ряд новых моделей, которые могут точно симулировать структуры ДНК с разной степенью точности», — говорит Сулц. «Вместо моделирования отдельных атомов, как в традиционных симуляциях белков, мы представляем 12,000 оснований ДНК как один сложный элемент».

Эта методика позволяет точнее определять и устранять проблемные кинетические ловушки, направляя самосборку компонентов в нужное русло. Усовершенствованные методы симуляции помогут в создании более сложных материалов и развитии наноустройств, которые могут найти применение как в области диагностики, так и лечения.

Исследования Сулца и его коллег несут огромные перспективы. Новые методы моделирования и предсказания самосборки могут привести к созданию сложных наномашин, которые будут способны революционизировать множество отраслей — от медицины до компьютерных технологий. Пусть работа продолжается, а результаты вдохновляют на новые открытия и изобретения!

Источник:
DOI: 10.1126/science.adl5549

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Робот-созидатель: как автономные эксперименты улучшают энергоабсорбирующие материалы

В лабораториях Колледжа инженерии Бостонского университета робот опускает небольшие пластиковые объекты в коробку, расположенную на полу. Эти миниатюрные цилиндрические структуры, легкие как воздух и высотой не больше дюйма, постепенно заполняют коробку. Каждая из них – результат экспериментов по автономному обучению роботов для создания самых эффективных форм, поглощающих энергию.

С помощью 3D-принтера робот создает небольшую пластиковую структуру, записывает её форму и размеры, а затем перемещает её на металлическую пластину. Затем он раздавливает её с давлением, равным весу взрослой лошади, стоящей на монетке, и измеряет, сколько энергии структура поглотила. Все данные фиксируются в огромной базе, после чего робот убирает раздавленный объект в коробку и очищает пластину для следующего эксперимента.

Этот процесс непрерывного самообучения и адаптации проходит благодаря алгоритму Байесовской оптимизации, который позволяет роботу улучшать поглощающие свойства структур с каждым новым экспериментом.

Все это стало возможным благодаря исследованиям профессора механической инженерии Кита Брауна и его команды в KABlab. Робот, которого назвали MAMA BEAR, или «Механика аддитивных архитектурных байесовских экспериментальных автономных исследований», с 2018 года обучался самосовершенствованию, и в 2021 году началась его миссия по созданию формы с наилучшими энергоабсорбирующими свойствами. На протяжении трёх лет робот непрерывно работал, экспериментируя с более чем 25,000 структурами.

Зачем необходимо столько различных форм? Существуют многочисленные применения материалов, эффективно поглощающих энергию — например, для создания упаковки для деликатной электроники или защитного обмундирования для спортсменов.

К январю 2023 года лаборатория установила новый рекорд эффективности поглощения энергии – 75%, прервав предыдущий рекорд, составлявший 71%. Результаты были опубликованы в журнале *Nature Communications*.

Доктор философии Келси Снапп, работающая с MAMA BEAR, отмечает, что роботу удалось достичь рекордной формы "постепенно, шаг за шагом". У новой рекордной структуры удивительная форма: тонкие лепестки и узкий, высокий профиль.

Кроме того, данные испытаний нашли свое первое применение: они помогли при проектировании новой защитной подкладки для шлемов американских солдат.

Сегодня лаборатория Брауна активно сотрудничает с другими учеными Быстрый прогресс в автоматизированных исследованиях позволяет решать задачи, на которые раньше уходили годы и большие ресурсы. Команда Брауна надеется, что MAMA BEAR и другие устройства продолжат улучшать методы создания и тестирования новых материалов.

Самодовольные лаборатории, такие как эта, позволяют выбирать лучшие эксперименты и проводить их максимально быстро. Будущее за роботами-исследователями, и, кто знает, какие ещё рекорды будут установлены благодаря им.

Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-48534-4

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Новые возможности для умной одежды: ткани с солнечными батареями и встроенными аккумуляторами

Исследователи из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) в Лорел, штат Мэриленд, разработали новые масштабируемые методы создания волокон, работающих от аккумуляторов и солнечных батарей. Это теоретически позволяет получать и хранить электрическую энергию в одежде, которую носят люди.

Эти волокна могут питать высокопроизводительную носимую электронику, которая дышит, растягивается и стирается, как обычные ткани. Разработка источников питания для волокон - аккумуляторных и фотоэлектрических нитей толщиной менее миллиметра, которые можно вплетать прямо в ткани, открывает новые возможности для носимой электроники и умных текстилей.

Вместо того, чтобы носить громоздкий монитор сердечного ритма с аккумуляторами, пациент может надеть рубашку, в которую вплетены питаемые от аккумуляторов и солнечных батарей волокна. Одежда с питаемыми от волокон элементами может обогреваться, чтобы согревать человека в холодной среде, или оснащаться аккумуляторными и солнечными волокнами для обеспечения солдат беспроводной аудио- и видеозаписью.

Новый метод производства волокон-аккумуляторов и волокон-солнечных батарей позволяет масштабировать их производство и повысить эффективность. Вместо использования текстильного оборудования, команда APL адаптировала аккумуляторное оборудование, чтобы достичь необходимой толщины для волокон-аккумуляторов. Это сделало процесс портативным и подходящим для крупномасштабного производства.

Кроме того, исследователи разработали метод создания гибких солнечных элементов, которые можно превратить в волокна. Даже после 8000 изгибов их эффективность не изменилась. В демонстрационном образце команда использовала специально разработанный мини-ткацкий станок, чтобы соткать нейлоновые и солнечные волокна в небольшой текстильный образец. Когда его поместили под лампу, он тут же начал питать мигающий светодиод.

Эти разработки могут революционизировать возможности носимых устройств. Ткани, интегрирующие сбор солнечной энергии и аккумуляторные волокна, могут обеспечить распределенное питание, обогрев, связь и датчики, сохраняя при этом комфорт и удобство обычных тканей.

Источник:
DOI: 10.1002/admt.202400417, DOI: 10.1002/adfm.202402350

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Новые технологии шагают… семимиллиметровыми шажками. Это про те технологии, изобретения и открытия, про которых идёт речь в этом дайджесте. В этих выпусках мы не рассказываем о прорывных достижениях, меняющих наш мир и ломающих парадигмы. Мы говорим о том, что не так заметно, но постепенно, в совокупности и со временем может привести к по настоящему значимым достижениям.

В этом выпуске вы узнаете про новые транзисторы, которые всё меньше, про электричество из тепла при помощи нанотрубок, про антисептические поверхности и датчик движения пальцев, про новый алюминиевый сплав и метаповерхностный интерферометр. Приятного чтения!

Как сделать форму пожарных безопаснее

Новые исследования учёных Альбертского университета показывают, как можно повысить безопасность и долговечность защитной одежды пожарных.

Одно из исследований выявило, что некоторые волокна, используемые в этой экипировке, разрушаются при воздействии тёплой воды, что может происходить во время реальных пожарных сценариев и при стирке. Другое исследование проанализировало воду, используемую при производстве волокон, и обнаружило несколько вредных красителей, которые могут вымываться из тканей и ослаблять их защитные свойства.

"Результаты обоих исследований показывают уязвимости и потенциальные способы улучшения материалов, используемых в настоящее время в одежде пожарных, а также в процессе её обслуживания", - говорит Сайфул Хок, автор работ, защитивший докторскую диссертацию по текстильной и швейной науке.

Исследование износа и ухода за тканями показало, что волокна, содержащие пара-арамид/полибензимидазол (PBI), теряют прочность на 68% быстрее при воздействии влаги по сравнению с аналогичными огнезащитными тканями без PBI. Это связано с тем, что при производстве PBI-волокон используется серная кислота, остатки которой ослабляют ткань при контакте с водой.

В то же время другой распространённый материал - мета-арамидные волокна - показал "выдающуюся стойкость" к воздействию тепла и воды, что открывает возможности для их применения не только в защитной одежде пожарных, но и в других изделиях, часто контактирующих с водой.

Второе исследование выявило наличие в производственной воде трёх вредных красителей, которые могут загрязнять окружающую среду. Эта информация поможет производителям перейти на более экологичные методы.

В целом, результаты работ дают производителям защитной одежды более полное понимание долговечности различных волокон и позволяют подбирать оптимальные сочетания для создания более надёжной и комфортной экипировки пожарных, а также других изделий, подверженных воздействию воды и высоких температур.

Источник:
DOI: 10.1002/pol.20230950, DOI: 10.1007/s12221-024-00540-5

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Возрождение двигателя: Toyota ставит на гибридные и экологичные технологии

Японский автогигант Toyota представил планы по модернизации традиционного двигателя внутреннего сгорания, сделав его более экологичным и адаптированным к эре электрификации. Компания будет предлагать компактные двигатели, работающие на водороде и биоэтаноле, а также гибридные модели с электромоторами. Это контрастирует с общей тенденцией к полностью электрическим автомобилям, но Toyota считает, что многопрофильный подход необходим для достижения углеродной нейтральности.

Toyota уже имеет успешный гибридный автомобиль Prius, и в будущих гибридах электромотор станет основным источником тяги, а новые двигатели будут играть вспомогательную роль. Союзники Toyota - Subaru и Mazda - также представили свои разработки экологичных двигателей, подчеркивая, что совместная работа позволит ускорить прогресс.

Несмотря на общую тенденцию к электрификации, Toyota, Subaru и Mazda не собираются полностью отказываться от традиционных двигателей. Они считают, что различные технологии необходимы для удовлетворения разнообразных потребностей клиентов и рынков по всему миру. Кроме того, резкий переход к электромобилям может иметь серьезные социально-экономические последствия в Японии.

Автопроизводители демонстрируют, что достижение углеродной нейтральности - это долгосрочная задача, требующая многопрофильного подхода. Сочетание гибридных, экологичных двигателей внутреннего сгорания и электромобилей может стать ключом к более устойчивому будущему автомобильной промышленности.



=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Новый шаг в развитии искусственных нейронных сетей: спайковые рекуррентные сети

В недавнем исследовании, проведенном в Университете Льежа, инженеры создали новый тип спайковых нейронных сетей, называемых спайковыми рекуррентными сетями (СРС). Этот инновационный модель объединяет простоту реализации с возможностью воспроизводить динамику биологических нейронов. Кроме того, СРС предлагает энергоэффективность спайковых нейронов, что открывает новые перспективы для нейроинспирированного искусственного интеллекта. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuromorphic Computing and Engineering.

Искусственные нейронные сети (ИНС) и спайковые нейронные сети (СНС) - это два типа нейронных сетей, используемых в искусственном интеллекте. Они значительно отличаются по структуре, работе и приложениям. ИНС широко используются для различных задач машинного обучения (распознавание изображений, распознавание речи, игры) и относительно легко реализуются. Однако, они не энергоэффективны и требуют значительных вычислительных ресурсов.

СНС, с другой стороны, используются в приложениях, требующих точного времени событий (робототехника, интерфейс мозг-компьютер, сенсорная обработка), и предлагают более реалистичное моделирование биологических нейронных процессов. Они отличаются от ИНС тем, что способ общения между нейронами основан исключительно на импульсах (спайках), что имитирует работу биологических нейронов.

Основное новшество этого исследования заключается в дизайне спайковых рекуррентных сетей (СРС), - нейронной модели, способной генерировать спайки автономно, как биологические нейроны. В отличие от традиционных моделей СНС, где спайки генерируются искусственно, модель SRC позволяет для более естественной и динамичной эмуляции нейронных импульсов.

Создание СРС открывает новые перспективы для разработки более эффективных и энергоэффективных интеллектуальных систем. Благодаря своей энергоэффективности, СНС могут быть использованы в контекстах, где энергопотребление критично, таких как бортовые системы автономных транспортных средств. СРС также предлагает гибкость и адаптивность, что делает его более привлекательным для будущих приложений в области искусственного интеллекта.

Источник:
DOI: 10.1088/2634-4386/ad473b

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Революционные ультратонкие линзы для будущих очков дополненной реальности

Представьте себе очки дополненной реальности, которые не искажают ваш взгляд на окружающий мир, но при этом способны фокусировать свет и проецировать виртуальные объекты. Такая технология становится реальностью благодаря новым ультратонким линзам, разработанным учёными из Университета Амстердама и Стэнфордского университета.

Вместо традиционных изогнутых стёкол эти линзы имеют толщину всего в 0,6 нанометра - это в 1000 раз тоньше человеческого волоса! Секрет их работы заключается в использовании квантовых эффектов в особом материале - дисульфиде вольфрама. Этот материал эффективно поглощает и переизлучает свет определённых длин волн, что позволяет линзе фокусировать свет без искажения окружающего пространства.

Уникальная конструкция линзы в виде концентрических колец с промежутками между ними (так называемая "линза Френеля") использует дифракцию света, а не преломление, как в обычных линзах. Это делает её ультратонкой и лёгкой, но при этом сохраняет высокую эффективность фокусировки.

Ещё одно преимущество - возможность электрического управления характеристиками линзы. Учёные планируют создавать многофункциональные оптические покрытия, свойства которых можно будет менять, подавая электрический сигнал. Это открывает широкие перспективы для использования таких линз в очках дополненной реальности и других носимых устройствах будущего.

Несмотря на свою микроскопическую толщину, эти линзы демонстрируют впечатляющие оптические характеристики. Учёные уверены, что дальнейшие исследования в этом направлении приведут к ещё более эффективным и функциональным оптическим решениям, которые произведут революцию в сфере носимой электроники и дополненной реальности.

Источник:
DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00694

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Как насчёт углубиться в изучение технологий и изобретений настолько глубоко, чтобы можно было разглядеть самые мелкие детали. Имеется в виду самые незначительные из них, о которых громко не говорят и не пишут на главных страницах интернет-изданий. Но которые неумолимо двигают прогресс вперёд в своей массе.

В этом выпуске вы узнаете про преобразование углекислого газа от работы котлов в метан, про печать сложных изделий из вольфрама, про высокоточную эмиссию фотонов, об ионизирующих терагерцовых импульсах и о многом другом. Приятного чтения!

Алмазные грани: как внутренняя структура кристалла влияет на квантовые свойства

Алмаз - перспективный материал для хранения квантовой информации, но сигналы от встроенных в него квантовых битов часто бывают нестабильными и непоследовательными. Группа учёных из Стэнфордского университета использовала мощный микроскоп, чтобы заглянуть вглубь атомной структуры алмаза и выяснить, что разнообразие его внутренних граней и доменов во многом объясняет такие свойства. Их открытие поможет исследователям лучше понять и контролировать квантовые свойства алмаза, что важно для развития квантовых сенсоров, коммуникаций и вычислений.

Учёные обнаружили, что разнообразие внутренних доменов алмаза, каждый из которых имеет свою уникальную атомную структуру, во многом объясняет нестабильность сигналов от встроенных в него квантовых битов. Группа из Стэнфорда использовала сверхмощный микроскоп, чтобы детально изучить эти внутренние грани алмаза и связать их с характеристиками испускаемых фотонов.

Оказалось, что положение и деформация вакансий (пустот) в кристаллической решётке алмаза сильно влияют на свойства испускаемых фотонов. Вакансии, находящиеся в соседних доменах с разной ориентацией атомов, могут генерировать фотоны с заметно отличающимися цветом и яркостью. Учёные обнаружили, что даже вакансии, расположенные всего в 5 нанометрах друг от друга, могут давать совершенно разные сигналы.

Таким образом, исследователи показали, что алмаз нельзя рассматривать как единый источник фотонов - он состоит из множества микроскопических доменов, каждый из которых ведёт себя как отдельный квантовый излучатель. Это объясняет, почему ранее наблюдались размытые и непоследовательные сигналы от квантовых битов в алмазе.

Открытие Стэнфордской группы поможет учёным лучше понять и контролировать квантовые свойства алмаза, что критически важно для развития квантовых технологий, таких как сверхточные сенсоры, защищённые коммуникационные сети и квантовые вычисления. Теперь, вооружившись знаниями о внутренней структуре алмаза, исследователи смогут создавать более стабильные и надёжные квантовые системы на его основе.

Источник:
DOI: 10.1073/pnas.2308247121

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Квантовая гравитация: Фотонная симуляция шагает к будущим открытиям

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Advanced Photonics Nexus, международная команда ученых сделала важный шаг в понимании квантовой гравитации. Они разработали эксперимент, в котором фотоны взаимодействуют, имитируя эффект гравитационного поля на квантовые частицы. Результаты этого эксперимента открывают новые возможности для будущих исследований, которые могут помочь объединить теорию гравитации Эйнштейна с принципами квантовой механики.

Объединение квантовой механики и теории гравитации является одной из самых сложных задач в современной физике. Теории, такие как струнная теория и петлевая квантовая гравитация, предлагают различные подходы к решению этой задачи, но они остаются спекулятивными до тех пор, пока не будет проведено экспериментальное подтверждение.

В последние годы были предложены новые методы для исследования квантовой гравитации, основанные на концепции "медиации гравитацией". В этом контексте исследователи использовали фотоны для демонстрации принципов квантовой гравитации. В эксперименте фотоны взаимодействуют, имитируя эффект гравитационного поля на квантовые частицы. Результаты показали, что некоторые свойства фотонов становятся связанными, демонстрируя квантовый феномен нелокальности.

Этот эксперимент является важным шагом на пути к пониманию квантовой гравитации. Он открывает новые возможности для будущих исследований, которые могут помочь объединить теорию гравитации Эйнштейна с принципами квантовой механики. Автор исследования, Эмануэле Полинио, подчеркнул важность этого открытия: "Импликации этого исследования глубоки. Оно предлагает экспериментальное подтверждение принципов будущих экспериментов по квантовой гравитации, которые станут тестом для конкурирующих теоретических рамок."

В будущем эксперименты по квантовой гравитации могут открыть новые горизонты в нашем понимании фундаментальной природы вселенной. Новые открытия в этой области могут привести к революционным изменениям в нашем понимании мира и его функционирования.

Источник:
DOI: 10.1117/1.APN.3.3.036011

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Ученые создали более безопасную, дешевую и гибкую батарею для носимых устройств

Ученые разработали более безопасный, дешевый и гибкий вариант батареи для носимых устройств. Новая батарея, описанная в журнале Nano Research Energy, предлагает значительные улучшения по сравнению с традиционными литий-ионными батареями.

Носимые устройства, такие как фитнес-трекеры, смарт-часы и шлемы виртуальной реальности, требуют миниатюризации и гибкости своих энергетических систем. Однако, традиционные литий-ионные батареи не отвечают этим требованиям из-за своей низкой гибкости и высокой пожароопасности. В последние годы ученые сосредоточились на разработке микро-гибких энергетических устройств (MFESDs), и среди них выделяются водные микробатареи (AMBs).

AMBs, использующие водную раствор как электролит, существуют с конца XIX века. Они безопаснее и дешевле литий-ионных батарей, но имеют низкую энергоемкость, что ограничивает их использование в электрических транспортных средствах. Однако, для носимых устройств они представляют собой привлекательный вариант из-за своей безопасности и низкой стоимости.

Основной проблемой AMBs является их неспособность выдерживать реальные нагрузки изгиба и скручивания. Чтобы преодолеть это, ученые создали самовосстанавливающуюся AMB, которая может восстанавливаться после повреждений. Они использовали не металлические носители заряда, такие как аммониевые ионы, которые меньше подвержены коррозии и имеют широкое электрохимическое окно стабильности.

Новая батарея демонстрирует высокую энергоемкость, мощность, циклическую жизнь и гибкость, а также способность самовосстанавливаться после десяти циклов. Ученые планируют оптимизировать и коммерциализировать свой прототип.

Эта разработка может революционизировать рынок носимых устройств, обеспечивая более безопасные и надежные источники энергии. В будущем такие батареи могут найти применение в различных областях, от смарт-одежды до медицинских имплантов.

Источник:
DOI: 10.26599/NRE.2024.9120127

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!

Мы живём в интересное время. Каждый деньо в науке что-то происходит, публикуются сотни статей, однако кардинального слома парадигм, как это было, например, на стыке 19го и 20го веков, не происходит. Отчасти это потому, что мы настолько глубоко погрузились в тайны мироздания, что приходится продвигаться маленькими шажками. То же самое касается технологий. Мы приближаемся к технологической сингулярности, технологии становятся всё более совершенными и наукоёмкими. что также требует медленного и постепенного продвижения.

Оттого новости науки выглядят незначительными и частенько кажется, что мы топчемся на месте. Эта рубрика посвящена как раз таким мелким шажкам в развитии технологий, которые так или иначе двигают прогресс вперёд, просто на первый взгляд это не заметно. В этом выпуске вы узнаете про то, как можно сортировать световые пучки, в которых кодируется сложная и многообразная информация, как можно эффективно улавливать углекислый газ из воздуха при помощи заряженного активированного угля, и про два интересных новшества в области цинковых аккумуляторов. Приятного чтения!

Атомные оптические антенны в твердых телах

В области нанофотоники ученые добились значительных успехов в использовании уникальных свойств различных материалов для усиления оптических явлений. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале *Nature Photonics*, международная команда ученых под руководством лаборатории High из Университета Чикаго преодолела важный барьер в создании атомных оптических антенн в твердых телах.

Атомные антенны, которые могут собирать и концентрировать энергию света в мощный локализованный сигнал, представляют собой мощный инструмент для изучения фундаментальных строительных блоков материи. Однако, до сих пор ученые не могли использовать потенциально огромные усиления интенсивности некоторых атомных антенн в твердых материалах из-за взаимодействия атомов с окружающей средой.

Команда ученых использовала центры вакансий германия в алмазах для создания оптического усиления энергии на шесть порядков, что является режимом, трудно достижимым с помощью традиционных структур антенн. Это миллионное усиление энергии создает, по словам автора статьи, "образцовую" оптическую антенну и открывает новые области исследований.

Оптические антенны создают колеблющийся электронный диполь при возбуждении на резонансе. В твердых телах атомы подвергаются воздействию окружающей среды, что нарушает когерентность сигнала. Центры цвета, такие как вакансии германия в алмазах, позволяют преодолеть это ограничение.

Новый подход к атомным антеннам открывает новые возможности для фундаментальных исследований. "Это не только прорыв в технологии, но и прорыв в фундаментальной физике," - сказал соавтор статьи Зикси Ли.

Новый метод предлагает не только более мощный сигнал, но и другие преимущества, такие как меньшая потребность в энергии и меньшее рассеяние энергии. Это может привести к созданию новых устройств и помочь в понимании, как работает вселенная.

Атомные оптические антенны в твердых телах представляют собой мощный инструмент для фундаментальных исследований и прикладных технологий. Новый подход к созданию таких антенн открывает новые возможности для научных открытий и инноваций.

Источник:
DOI: 10.1038/s41566-024-01456-5

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!