Скоро у жителей и гостей Парижа появится возможность передвигаться по реке внутри "летающих" речных такси SeaBubbles. Одноименная компания планирует этим летом развернуть новую службу экологически чистого транспорта на Сене, реке, проходящей через весь Париж. Вместо того, чтобы двигаться по переполненным парижским улицам на автомобилях или в автобусах, четыре пассажира смогут сесть в такси SeaBubbles, заплатив за это достаточно скромную цену, которая не будет превышать стоимости перевозки известного сервиса Uber.
Экологически чистая природа транспортного средства SeaBubbles, является следствием использования в ней электрической двигательной установки, черпающей энергию из аккумуляторной батареи. Высокая эффективность движения по воде получается за счет использования подводных крыльев, что создает впечатление низкого полета над поверхностью воды. Компоновка подводных крыльев создана таким образом, что даже при движении на максимальной скорости SeaBubbles не будут создавать больших волн.
Транспортное средство SeaBubbles, созданное конструкторами Аленом Тебо (Alain Thebault) и Андерсом Брингдэлом (Anders Bringdal), практически не создает шума, оно может на одном заряде аккумуляторной батареи пройти расстояние 80-100 километров, двигаясь на максимальной скорости до 35 километров в час.
Вызов такси SeaBubbles, или поиск свободного места в такси, двигающемся в нужном направлении, будет производиться при помощи специализированного приложения для смартфона или планшетного компьютера. А переместиться на борт такси люди смогут на специальных док-площадках, расположенных на берегу реки. Каждое такси будет в состоянии перевозить до четырех пассажиров и одного водителя.
Программа внедрения нового сервиса речных такси проводится при полной поддержке администрации Парижа. "Я действительно верю в будущее речного транспорта" - рассказывает Энн Идальго (Anne Hidalgo), мэр Парижа, - "Большинство самых больших городов в мире построены на берегах рек. Это дает нам ряд преимуществ, которые мы просто обязаны использовать для уменьшения загрязнения городской среды автомобилями и транспортными средствами других типов".
Известно, что на самом маленьком уровне, на уровне субатомных частиц, законы классической физики перестают работать и все происходящее начинает подчиняться законам загадочной квантовой механики. Некоторые из этих законов уже изучены в достаточной степени, и это позволяет ученым с достаточно большой прогнозировать поведение квантовых частиц, таких, как запутанные фотоны света. Однако, результаты исследований, проведенных учеными из университета Восточной Англии (University of East Anglia, UEA), Великобритания, указали на то, что крошечные частицы света в некоторых случаях могут вести себя таким образом, что это не вписывается в рамки существующей квантовой теории.
Ученые занимались исследованиями квантового процесса непосредственного параметрического преобразования (spontaneous parametric down-conversion, SPDC). В этом процессе луч света проходит сквозь специальный кристалл, в результате чего получаются пары запутанных на квантовом уровне фотонов. Напомним нашим читателям, что запутанные квантовые частицы являются связанными, принудительное изменение квантового состояния одной из частиц вызывает изменение состояния второй частицы, несмотря на то, что их может разделять сколь угодно большое расстояние.
Согласно имеющейся квантовой теории запутанными становятся только те фотоны, которые прошли через одну и туже область (точку) кристалла. Однако, ученые обнаружили, что запутанными могут стать и фотоны, прошедшие через области кристалла, разделенные достаточно большим расстоянием. "Запутанные фотоны могут появиться из областей кристалла, которые отдалены друг от друга на сотые части микрометра" - рассказывает профессор Дэвид Эндрюс (David Andrews), - "С точки зрения существующей квантовой теории такие фотоны не могут стать запутанными, ведь они "родились" очень далеко друг от друга на атомарном уровне".
Запутанные фотоны, пойманные в специальных ловушках, являются одними из основных элементов будущих квантовых компьютеров, компьютеров, обладающих гораздо большей вычислительной мощность, нежели даже самые мощные современные суперкомпьютеры. Однако нестыковка в квантовой теории, связанная с возникновением пар запутанных фотонов, может оказать не очень хорошее влияние на дизайн будущих квантовых вычислительных систем, ведь она вносит дополнительную погрешность в работу отдельных квантовых компонентов.
"Мы показали, что фотоны света не являются "твердыми пулями", поведение которых можно определить с достаточной точностью" - рассказывает Дэвид Эндрюс, - "И разработчики будущих квантовых фотонных вычислительных систем должны учитывать неопределенности, которые могут возникнуть в результате непредсказуемого поведения фотонов".
Электронный микроскоп является одним из самых мощных видов инструментов, используемых в самых различных областях науки и техники. А благодаря работе ученых из Корнуэльского университета, которые создали принципиально новый датчик EMPAD (electron microscope pixel array detector), электронный микроскоп стал еще более мощным и универсальным инструментом. Ведь этот датчик позволяет не только получать высококачественные изображения, он позволяет "вынуть" из потока электронов более богатую информацию, в которой содержаться подробные данные о внутренней структуре исследуемого образца.
"При помощи нового датчика мы можем извлечь информацию об внутренних напряжениях, об углах наклона и вращения атомов, полярности внутренних электрических и магнитных полей в материале" - рассказывает профессор Дэвид Мюллер (David Muller), группа которого, совместно с группой профессора Сола Грунера (Sol Gruner), разработала и создала опытные образцы датчиков EMPAD.
В обычном растровом электронном микроскопе (scanning transmission electron microscope, STEM) сфокусированный луч электронов сканирует линия за линией исследуемый образец. Датчик, установленный снизу образца, считывает интенсивность луча электронов, которая изменяется из-за взаимодействия этих электронов с атомами материала. И на основе этих данных компьютер составляет изображение внутренней структуры образца.
Датчик EMPAD, который устанавливается на место обычного датчика, содержит матрицу 128 на 128 квадратных пикселей, размером 150 микронов каждый. Эти пиксели соединены с электронной схемой, которая выполняет предварительную обработку сигналов. С этой точки зрения датчик EMPAD практически аналогичен датчикам цифровых камер. Но, кроме интенсивности потока электронов, датчик EMPAD способен регистрировать угол их падения на поверхность каждого пикселя. В этих данных "закопана" масса дополнительной информации, которая может быть получена при помощи технологий и алгоритмов, разработанных изначально для установки рентгеновской кристаллографии Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS), при помощи которой в свое время производились исследования строения атома.
Комбинация сфокусированного особым образом луча электронов с новым датчиком позволяет исследователям создавать четырех- и пятимерные "карты" интенсивности, угла падения, положения и импульса электронов, прошедших через материал образца. Последующая обработка полученных данных позволяют воспроизвести не только внутренне строение материала до атомарного уровня, но и определить все силы, возникающие и действующие внутри материала. Это становится возможным благодаря высокой скорости работы датчика и его невероятной чувствительности, которая позволяет ему регистрировать как единичные электроны, так и поток, состоящий из миллионов электронов в единицу времени.
Время получения одного изображения датчиком EMPAD не превышает одной миллисекунды. "Этот датчик имеет в 1000 раз больший динамический диапазон и в 100 раз большую скорость работы, нежели традиционные датчики для электронных микроскопов" - рассказывает Дэвид Мюллер.
В настоящее время первый опытный образец датчика EMPAD проходит испытания в дополнительном гнезде одного из самых современных электронных микроскопов производства компании FEI, который находится в Центре исследований материалов (Center for Materials Research) Корнуэльского университета. Кроме этого, лицензия на использование этой технологии уже передана компании FEI, которая является одним из ведущих мировых производителей электронных микроскопов, и специалисты которой доведут данное изобретение до уровня законченного устройства, которое можно будет использовать в новых микроскопах и для модернизации уже существующих электронных микроскопов.
Выбор места посадки является одним из ключевых моментов, определяющих успех выполнения миссии по исследованиям любого космического тела или планеты. В настоящее время специалисты американского космического агентства НАСА занимаются выбором места посадки марсохода следующего поколения Mars 2020. Точно такой же задачей занимаются и специалисты Европейского космического агентства, которые рассматривают два возможных варианта места предполагаемой посадки марсохода миссии ExoMars, реализация которой намечена на 2020 год.
"Изначально мы рассматривали три варианта, каждый из которых предоставляет нам прекрасные возможности для поисков биомаркеров, следов древней жизни, существовавшей в далеком влажном прошлом Красной Планеты" - рассказывает Хорхе Ваго (Jorge Vago), один из координаторов миссии ExoMars, - "Позже мы оставили только два варианта, которые предоставляют нам возможность изучить те периоды марсианской геологической истории, которые не были охвачены во время любых других предыдущих миссии".
Два предполагаемых места посадки марсохода имеют названия Oxia Planum и Mawrth Vallis. Оба этих места лежат немного севернее экватора планеты и они богаты геологическими особенностями, которые могли сформироваться только во влажных условиях. Кроме этого, оба места имеют небольшую высоту относительно среднего уровня марсианской поверхности, что, в свою очередь, позволит аппарату ExoMars замедлиться до приемлемой скорости во время спуска на парашютах.
Главным из двух кандидатов является место Oxia Planum, которое богато глинистыми отложениями, возраст которых составляет приблизительно 3.9 миллиарда лет. Эти отложения, согласно имеющимся предположениям, сформировались несколькими потоками воды, которые втекали в это место с разных сторон. В области Mawrth Vallis также присутствуют глиняные отложения, внутри которых могут сохраниться достаточно четкие следы жизни, а окончательный выбор будет сделан руководством Европейского космического агентства не позже чем за год до момента запуска миссии.
Напомним нашим читателям, что миссия ExoMars является совместным проектом российского космического агентства РОСКОСМОС и Европейского космического агентства. В прошлом году был произведен запуск первого этапа этой миссии, к Красной Планете отправился орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter, который занимается изучением марсианской атмосферы, и посадочный модуль Schiaparelli, который потерпел неудачу при попытке посадки на поверхность планеты.
За прошедшие несколько лет в физике было сделано множество важных научных открытий. В 2012 году физики Европейской организации ядерных исследований CERN обнаружили бозон Хиггса, поиски которого велись на протяжении 50 лет, в прошлом году впервые были зарегистрированы гравитационные волны, существование которых было обосновано с теоретической точки зрения более 100 лет назад. А в этом году ученые нацелились на получение первого прямого снимка черной дыры. И группа ученых из области теоретической физики попыталась объединить в рамках новой сумасшедшей теории все самые последние идеи, знания и предположения. А звучит все это следующим образом - темная материя, излучаемая черными дырами при помощи гравитационных волн.
После того, как ученые эксперимента LIGO обнаружили гравитационные волны, колебания пространственно-временного континуума, порожденные самыми высокоэнергетическими событиями во Вселенной, они задумались о природе их происхождения. И, согласно новой теории, источником гравитационных волн являются частицы, из которых может состоять темная материя, на долю которой приходится более 80 процентов от общего количества материи во Вселенной.
"Сейчас мы будем пытаться использовать черные дыры, самые плотные и компактные объекты во Вселенной, для поисков частиц нового вида" - рассказывает Маша Барияхтар (Masha Baryakhtar), ученая из Института теоретической физики (Perimeter Institute for Theoretical Physics), Канада, - "А особенно нас интересует одна частица - аксион, которую мы искали в течение последних 40 лет и которая является одним из главных кандидатов на звание частицы темной материи".
Как известно, черные дыры являются своего рода гравитационными колодцами, настолько сильными, что ни материя и ни электромагнитное излучение, включая свет, не могут вырваться из ловушки, пройдя границу так называемого горизонта событий. В процессах, происходящих в непосредственной близости от черных дыр, принимают участие огромные количества энергии, которая является источником возникновения гравитационных волн.
Но с точки зрения новой теории, черные дыры являются чем-то большим, нежели простыми гравитационными колодцами. Они являются своего рода ядрами огромных "гравитационных атомов", а роль электронов в этом случае играют аксионы, частицы, масса которых меньше массы электрона в миллиард миллиардов раз. Наличие вокруг черной дыры ореола из обычной материи, разогретой до сверхвысоких температур, не играет никакой роли в данных процессах, ведь аксионы не взаимодействуют с обычной материей ни через силы трения, ни через электромагнетизм.
Вращение черной дыры, находящейся в центре гравитационного "атома", приводит к искажению прилегающего к ней пространства, что в свою очередь, приводит к возникновению большого количества аксионов. В результате этого эффекта, получившего название суперсвечения, в окрестностях черной дыры может возникнуть до 10^80 аксионов, что сопоставимо с количеством обычных атомов во всей Вселенной.
Аксионы, вращающиеся вокруг черной дыры, подобно электронам в атоме, могут переходить на более высокий или на более низкий энергетический уровни, поглощая энергию черной дыры или теряя свою собственную энергию. Так как аксионы имеют гравитационную природу, то и отдаваемая ими энергия выделяется в виде гравитационных волн. Гравитационные волны, порожденные колебаниями огромного количества аксионов, имеют не очень большую амплитуду, зато они имеют очень четкую частоту, подобную спектральным линиям химических элементов, знакомым нам по школьному курсу химии.
К сожалению, нынешние гравитационные датчики, LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) и Virgo, еще не в состоянии регистрировать гравитационные волны, порождаемые аксионами возле черных дыр. Однако, эти инструменты подвергаются постоянной модернизации и спустя некоторое время их чувствительности станет достаточно для обнаружения слабых гравитационных волн, которые станут доказательством факта существования аксионов. При этом, ученые, как и прежде, будут уделять большое внимание случаям столкновений черных дыр. Во время таких столкновений эффект суперсвечения усиливается многократно и его можно зарегистрировать даже при помощи уже имеющихся инструментов в виде определенного образа в собираемых данных.
Однако, в новой теории, как и в любой другой теории, имеется несколько "дыр". Согласно данным теоретических расчетов, гравитационные "атомы" с черными дырами, способны производить аксионы только с определенным значением массы-энергии, которая не соответствует массе аксионов, являющихся кандидатами на частицы
Каждый год инженеры лаборатории Bionic Learning Network известной немецкой компании Festo представляют на ярмарке Messe, которая проходит в Ганновере, серию своих новых биовдохновленных роботов. На страницах нашего сайта мы уже рассказывали об удивительных роботах-муравьях, об огромной автоматизированной стрекозе, о роботе-кенгуру и других не менее удивительныхмеханических созданиях. А в этом году специалисты компании Festo представили вниманию общественности захват для роботов различных типов, строение которого скопировано со строения щупальца осьминога, и пару новых роботов, способных совершать невероятно точные, плавные и пластичные движения.
Все три демонстрационных экземпляра предназначены для реализации максимально безопасного взаимодействия человека с роботами. Главной достопримечательностью, конечно же, является захват OctopusGripper, изготовленный из мягкого силикона, "украшенного" рядами чашечек-присосок. Управление потоками подаваемого в захват сжатого воздуха, можно заставить этот захват изогнуться в любом направлении и обхватить предмет произвольной формы. А надежное удержание этого предмета захватом обеспечивается при помощи присосок.
Как уже упоминалось выше, захват OctopusGripper разработан таким образом, что его можно использовать с любым промышленным роботом, в том числе и двумя роботами, изготовленными для выставки Messe. Первым роботом является робот BionicCobot, который представляет собой точную механическую копию руки человека. Комбинация его семи механических суставов и приводов, выполняющих роль бицепса и трицепса, позволяет этому роботу совершать невероятно точные движения, последовательность которых может быть запрограммирована оператором при помощи специализированного приложения, работающего на планшетном компьютере.
Вторым роботом является робот BionicMotionRobot, структура которого состоит из гибких пневматических "мехов", клапанов и других элементов управления. Естественным прототипом этого робота является хобот слона, и это обеспечивает гибкому манипулятору 12 степеней свободы. Манипулятор BionicMotionRobot сверху покрывается специальной плетеной тканью, которая не позволяет пневматическим элементам раздуваться сверх меры и деформироваться, что, в свою очередь, позволяет пневматике развивать достаточно высокую силу. За счет этого манипулятор BionicMotionRobot способен поднимать груз, весом до трех килограмм, что сопоставимо с его собственным весом.
Мобильный телефон, выполняющий процесс распознавания речи при помощи программы, существенно нагружающей его центральный процессор, потребляет в это время около 1 Ватта энергии. Столь высокие энергетические затраты еще не позволяют оснастить функциями распознавания речи и голосового управления сверхминиатюрные электронные устройства, обладающие аккумуляторной батареей гораздо меньшей емкости, чем у мобильного телефона. Однако, в ближайшем будущем это все может измениться благодаря новому специализированному чипу, разработанному учеными и инженерами из Массачусетского технологического института. Этот чип во время своей работы, в зависимости от скорости речи (количества распознаваемых слов в единицу времени) расходует от 0.2 до 10 милливатт энергии, что в 100 раз меньше расхода энергии при выполнении этой же задачи чисто программным путем.
Использование нового чипа позволит сэкономить от 90 до 99 процентов заряда аккумуляторной батареи устройства, использующего функцию голосового управления. А такой вид управления, как известно, является идеальным вариантом при использовании "умных" часов, очков, наушников и других портативных устройств, размеры которых не очень подходят для размещения в них традиционных элементов управления, таких как кнопки. Более того, новый чип позволит обрести "слух" устройствам из разряда "Интернета Вещей" и устройствам, которые должны работать непрерывно в течение недель или месяцев, черпая небольшое количество энергии из окружающей среды.
При создании нового чипа обработки голосовой информации исследователям из Массачусетса пришлось решить достаточно сложную задачу. Вся проблема заключается в том, что при распознавании голоса используются данные, объем которых намного превышает объем внутренней памяти чипа. Использование внешней же памяти приводит к увеличению количества потребляемой энергии. Данная проблема была решена за счет использования высокоэффективных узкоспециализированных алгоритмов сжатия информации и оптимизации структуры чипа, что позволило максимально минимизировать количество обращений к внешней системе хранения информации.
Опытный образец чипа, предназначенного для распознавания речи, был представлен общественности в рамках Международной конференции по твердотельным схемам (International Solid-State Circuits Conference), его разработка была произведена в рамках проекта Qmulus Project, а изготовлен он был в рамках международной программы University Shuttle Program известной компании TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).
Голографические технологии являются одним из самых перспективных методов увеличения плотности оптических устройств хранения информации, следующих за постоянной тенденцией увеличения емкости с одновременным уменьшением габаритных размеров. И группе исследователей из японского университета Электрических Коммуникаций (University of Electro-Communications, UEC) удалось создать новый полимерный композитный материал, в объеме которого находятся наночастицы определенного типа. Оптическая система на базе такого материала обеспечивает самый высокий на сегодняшний день уровень оптического сигнала и самое высокое значение соотношения сигнала к шуму. А использование нового наноматериала в голографических устройствах хранения информации позволит сократить в несколько раз уровень ошибок записи-чтения и это, в свою очередь, позволит начать практическое использование голографических накопителей для хранения больших объемов информации.
Практически все оптические технологии записи и хранения информации используют разницу коэффициента преломления света участками материала-носителя, прошедшими через процесс определенной обработки. В отличие от обычных технологий, использующих хранение информации на плоскости информационного слоя компакт-диска, к примеру, голографические технологии позволяют записывать информацию в объеме трехмерного пространства, во много раз увеличивая информационную емкость носителя. Но для качественной работы голографических технологий требуется большая разница в коэффициенте преломления материала-носителя, чем это необходимо для записи информации в одной плоскости.
Превосходными параметрами, соответствующими высоким критериям технологий голографической записи информации, обладают композитные соединения полимерных материалов с неорганическими наночастицами. В свое время исследователи из университета UEC уже разработали ряд таких композитных материалов на основе тиоленовых мономеров. Запись и считывание информации из такого материала производилось при помощи луча лазера, фокусируемого в точке пространства, размером в один микрон, при этом было получено весьма неплохое значения соотношения сигнал/шум.
Позже японские исследователи пошли чуть дальше, добавив в объем полимерного материала наночастицы определенной формы и размеров. Для записи и считывания информации из такого материала требуется уже два луча лазерного света, один - опорный, а второй - рабочий. При таком подходе ученым удалось добиться достаточно высокой плотности хранения данных и обеспечить высокую скорость записи-считывания информации.
И завершающим "аккордом" разработки данной технологии стало использование прозрачных кварцевых наночастиц в количестве 25 процентов от общего объема, равномерно рассеянных по полимерному материалу, имеющему достаточно сложный состав, состоящий из смеси мономеров нескольких типов. В результате таких усилий уровень ошибок при записи и считывании информации снизился до значения 10^-4, а значение соотношения сигнал/шум превысило 10 единиц.
Известная аэрокосмическая компания SpaceX в очередной раз вошла в историю, произведя повторный запуск и успешную посадку использованной ранее первой ступени ракеты-носителя Falcon 9. Восстановленная после первого запуска ракета стартовала 30 марта 2017 года в 22:27 по времени Гринвичского меридиана со стартовой площадки Launch Complex 39 космодрома Космического центра НАСА имени Кеннеди на мысе Канаверал во Флориде. Выведя на околоземную промежуточную орбиту вторую ступень с коммуникационным спутником SES-10, первая ступень ракеты-носителя совершила спуск к поверхности Земли и в 22:36 осуществила успешную посадку на площадку, находящуюся на палубе беспилотной морской баржи, плывущей по поверхности вод Атлантического океана.
Следует заметить, что многократное использование является далеко не новинкой в космической технике. Американские космические Шаттлы в свое время летали в космос по многу раз, а сейчас это же самое делают секретные космические аппараты X-37B, запускаемые американскими военными с завидной периодичностью. Однако, компании SpaceX удалось сделать то, чего не удавалось сделать никому ранее, они повторно запустили основную часть баллистической ракеты Falcon 9, которая в первый раз отправилась в космос в рамках миссии CRS-8, запуск которой был произведен 8 апреля 2016 года.
Миссия SES-10 стартовала при хороших погодных условиях и без любых проблем технического плана. Через одну минуту и 22 секунды полета ракета достигла точки так называемого максимального механического напряжения Max Q. Через две минуты и 41 секунду от ракеты отделилась вторая ступень со спутником SES-10, который был развернут на расчетной орбите спустя 32 минуты после запуска.
В то время первая ступень ракеты Falcon 9, выполнив серию тормозных запусков двигателей, произвела контролируемый спуск к поверхности земли и мягкую посадку на площадку баржи, имеющей замысловатое название "Of Course I Still Love You", которая находилась в водах Атлантического океана неподалеку от мыса Канаверал. Из-за капель воды, попавших на линзы объектива камер, процесс видеофиксации происходящего был прерван и, хочется надеяться, что в скором времени в сети появятся видеоролики, на которых будет виден процесс посадки ракеты, снятый с других ракурсов.
Группа исследователей из университета Северной Каролины (North Carolina State University) разработала новую технологию управления движениями и действиями небольших мягких роботов. В этой технологии используется магнитное поле, воздействующее на упорядоченные особым образом цепочки магнитных микрочастиц, включенных в мягкий полимерный материал тела робота. И, используя этот подход, исследователи создали ряд демонстрационных микророботов, имеющих различную форму и функциональные особенности.
Для изготовления тела мягких роботов исследователи использовали жидкий полимер, в объем которого было введено некоторое количество железных микрочастиц. Эти частицы были упорядочены в виде параллельных цепочек при помощи воздействия внешнего магнитного поля. И после полимеризации материал превратился в мягкую и упругую пленку, внутри которой находятся магнитные цепочки, обладающие заранее заданными свойствами.
"Наличие этих цепочек позволяет нам при помощи внешнего магнитного поля контролировать движения и действия этих мягких микророботов" - рассказывает профессор Джо Трейси (Joe Tracy), - "Меняя направленность и интенсивность этого поля, мы можем заставить микророботов выполнять работу по целевой доставке лекарственных препаратов, по разрушению сгустков, закупоривших кровеносные сосуды, и по перекачке жидкостей внутри тела человека. Кроме этого, такие роботы могут заниматься созданием, развертыванием более сложных складных структур элементами которых являются они сами".
Цепочки из магнитных частиц, реагирующие на внешнее магнитное поле, обладают достаточно большой силой. Один из экземпляров опытных образцов мягких роботов способен поднимать вес, в 50 раз превышающий его собственный вес. Второй робот имеет форму, напоминающую форму мехов аккордеона, такой робот может сокращаться и удлиняться, выполняя роль искусственного мускула. А третье устройство в виде трубы может работать в качестве насоса, действуя, как человек, выдавливающий зубную пасту из тюбика.
Следующими шагами ученых будут работы, направленные на увеличение силы и улучшение точности контроля за движением этих крошечных мягких устройств. "И это позволит нам существенно расширить потенциал мягкой робототехники, области, которая развивается бурными темпами в последнее время" - рассказывает Джо Трейси.
Робот - это нечто, совершающее контролируемые движения. Все это верно по отношению к летающим аппаратам, к сложным шагающим роботам и крошечным роботам, размером в микрометры, таким, как робот-амеба, созданный исследователями из университета Тохоку (Tohoku University), Япония. Это не самый маленький робот, созданный людьми за все время, но этот робот является одним из самых маленьких роботов, движением которого можно управлять с достаточно высокой точностью.
По сути, робот-амеба представляет собой крошечный мешочек, изготовленный из соединений-лепидов. Двигателями этого робота являются молекулы моторных белков, оболочек для этих белков и связующие это все цепи, изготовленные из синтетической ДНК. Когда тело робота освещается ультрафиолетовым светом, моторные белки сцепляются с оболочками с одной стороны и с эластичными стенками этой искусственной клетки, а дальнейшее сокращение молекул белков приводит к возникновению механического движения. Все это походит на регулировку спального мешка путем тычков и натяжения его частей изнутри.
Для выключения "молекулярного сцепления" робот-амеба освещается светом с другой длиной волны, форма робота при этом возвращается к его оригинальной форме и робот перестает двигаться. Последовательность световых импульсов разного типа приводит к тому, что эта крошечная капля начинает вращаться и перемещаться практически подобно тому, как это делает живая амеба. Но в данном случае все это происходит под полным контролем со стороны человека.
В настоящее время робот-амеба может начать двигаться или остановиться по желанию управляющего им человека. К сожалению, контролировать направление движения робота пока еще не удается должным образом. Именно эта задача является тем, над чем будут работать ученые далее, а сделано это будет путем использования вместо сферического корпуса робота корпуса неправильной ассиметричной формы. Более того, для получения более упорядоченного движения ученые прибегнут к приданию молекулам связующей ДНК особой формы.
Робот-амеба, помимо описанных выше достоинств и недостатков, обладает еще одной положительной чертой. Он продолжает замечательно работать после того, как он был заморожен, переправлен по почте другой исследовательской группе и снова разморожен.
Буквально вчера мы рассказывали о том, что небезызвестная компания SpaceX произвела успешный повторный запуск и посадку первой ступени ракеты-носителя Falcon 9, которая уже была использована ранее. Это достижение является началом новой эры многократного использования ракет-носителей, что сулит в перспективе кардинальное снижение стоимости космических запусков. Но во время пресс-конференции, проведенной после запуска миссии SES-10, Элон Маск, основатель и руководитель компании SpaceX, сообщил об еще одном достижении компании, Оказывается, помимо первой ступени ракеты им удалось посадить за Землю еще одну достаточно дорогостоящую часть ракеты - ее носовой обтекатель.
Носовой обтекатель служит для защиты полезного груза, коммуникационного спутника SES-10 в данном случае, во время запуска. Обтекатель имеет внешний диаметр 4.9 метра и его внутреннего объема достаточно для того, чтобы спрятать внутри его небольшой автобус. Стоимость изготовления одного обтекателя составляет 6 миллионов долларов. "И, вместо того, чтобы позволить ему врезаться в землю и разбиться на миллион крошечных частей" - рассказывает Элон Маск, - "Мы использовали небольшие реактивные двигатели и систему парашютов для плавного возврата на землю двух половинок обтекателя, которые после этого можно будет использовать повторно".
"Обтекатель очень похож на небольшой космический корабль" - рассказывает Элон Маск, - "К сожалению, нам удалось опустить неповрежденной только одну из его половинок".
Получается, что единственной частью ракеты-носителя Falcon 9, которая теряется сейчас безвозвратно, является ее вторая ступень, самостоятельная небольшая ракета, которая служит для вывода полезного груза на расчетную орбиту после того, как это все поднимается на промежуточную орбиту первой ступенью. В настоящее время специалисты компании SpaceX рассматривают несколько вариантов, которые в будущем позволят возвращать и повторно использовать и вторую ступень также.
И в заключении следует отметить, что каждый запуск, производимый сейчас компанией SpaceX, обходится заказчикам в 62 миллиона долларов. Повторное использование основных узлов ракет-носителей позволит на первом этапе сократить эту сумму на 30 процентов. "Я уверен, что в перспективе мы сможем добиться и 100-кратного сокращения стоимости каждого запуска, только для этого нам придется разработать и провести испытания целого ряда новых инженерных решений" - рассказывает Элон Маск.
Ровно через один месяц в Тулузе, Франция, будет проведена первая в истории гонка, в которой примут участие наноразмерные "автомобили", состоящие в среднем из 100 атомов различных химических элементов и способные развивать скорость до 5 нанометров в час. И для того, чтобы преодолеть расстояние в одну милю (~1.6 километра), таким наноавтомобилям потребуется около 37 миллионов лет.
Организатором гонки NanoCar Race является французский Национальный центр научных исследований (National Center for Scientific Research), а в качестве гоночной трассы будет использована полированная поверхность золотого диска, охлажденного до температуры в - 270 градусов по шкале Цельсия. Длина гоночной трассы составляет 100 нанометров, а увидеть все происходящее на ней можно будет только при помощи специального сканирующего туннельного микроскопа. Кроме этого, наконечник этого микроскопа будет использоваться для снабжения наноавтомобилей энергией и для управления их движением.
Из всех команд, которые изначально планировали принять участие в гонке NanoCar Race, из-за некоторых ограничений примут участие только четыре команды. Но, вполне вероятно, что за месяц эта ситуация может измениться и из гонки могут выбыть или в ней могут появиться новые участники, которым за это время удастся привести свои наноавтомобили в соответствие с требованиями.
Самой большой проблемой, с которой сталкиваются все разработчики наноавтомобилей, является то, что ни у одного из них нет собственного двигателя. Узлы этих крошечных транспортных средств будут двигаться за счет энергии электронов, туннелирующихся с наконечника сканирующего микроскопа. При этом всегда присутствует вероятность того, что химические связи между отдельными атомами будут разрушены электрическим полем, а сам наноавтомобиль, в таком случае, потеряет свою целостность и способность двигаться. Именно поэтому 36-часовая гонка NanoCar Race имеет нечто общее с гонками на выживание типа Ле-Ман, гонками, где на первый план выдвигаются не только скоростные качества автомобилей, а надежность их конструкции и конструкции отдельных узлов.
И в заключение следует отметить, что гонка NanoCar Race может сыграть для области нанотехнологий точно такую же роль, как и традиционные гонки для автомобильной промышленности. В ходе этих соревнований учеными будут разработаны и испытаны новые процессы поатомной сборки нанразмерных структур, технологии управления движением этих структур и многое другое. К сожалению, нам с вами не удастся увидеть маневры нанокаров на резких виражах, ни услышать визг нанопокрышек на крутых поворотах, все происходящее на нанразмерной гоночной трассе будет доступно лишь в виде последовательности снимков, сделанных при помощи электронного микроскопа.
На страницах нашего сайта мы рассказывали, что в 2015 году группе исследователей из Швеции удалось ввести внутрь живой розы специальный токопроводящий материал. Распространившись по растению, этот материал полимеризовался и сформировал тончайшие электрические проводники, а путем добавления в определенных участках дополнительных компонентов, ученым удалось создать в растении полностью функциональный транзистор. Работа в данном направлении была продолжена группой профессора Роджера Габриэльсона (Roger Gabrielsson), которой удалось видоизменить и усовершенствовать использованные в начале материалы. Теперь этот материал способен проникать во все растение, формируя токопроводящие нити не только в стебле, но и в других местах растения, в листьях, в лепестках и корнях.
"Нам удалось вводить новый состав в одно и тоже самое растение множество раз. И от этого не пострадало ни само растение, ни функциональность создаваемых в нем электронных схем. Таким путем нам удалось даже создать аналог суперконденсатора, который заряжается при помощи ионного "насоса", использующего в своих целях фотосинтез и другие естественные процессы, протекающие в растении" - рассказывает Элени Стэвринидоу (Eleni Stavrinidou), ученый из Лаборатории органической электроники, - "Энергия, получаемая от одного растения, конечно, невелика. Но ее достаточно для приведения в действие различных датчиков, к примеру".
Данные исследования открывают перед людьми новые перспективы использования растений в своих целях. Вполне вероятно, что в будущем поля, засаженные "электронными" растениями станут своего рода зелеными живыми электростанциями, а некоторые дополнительные компоненты, которые, возможно, будут созданы в будущем, станут основой биологических топливных элементов и превратят растения в "фабрики", производящие готовое жидкое биотопливо.
"Несколько лет назад мы продемонстрировали, что создание электронных растений является вполне доступным делом. Теперь же нам удалось продемонстрировать перспективу первого практического применения таких растений" - рассказывает профессор Магнус Берггрен (Magnus Berggren), - "Реализованные нами технологии сбора и аккумулирования энергии могут превратить растения в живые достаточно эффективные электростанции и в биологические системы других видов, которые можно будет заставить работать на благо человечества".
На Женевском автосалоне (Geneva Motor Show) в прошлом году известная компания Goodyear представила всеобщему вниманию концепт сферической покрышки Eagle 360, которая предназначена для использования в автомобилях будущего с магнитной подвеской. Использование таких колес и подвески позволит автомобилю творить чудеса на дороге, двигаться в любом направлении, боком и разворачиваться на месте. А в этом году компания Goodyear сделала следующий шаг в данном направлении, представив новые покрышки Eagle 360 Urban, работой которых управляет встроенная в них система искусственного интеллекта.
Как и у предшественника, поверхность покрышек Eagle 360 Urban покрыта слоем резиновой "бионической кожи", пронизанной сетью различных датчиков. Эти датчики служат для постоянного контроля дорожных условий и адаптации к ним формы покрышки.
Изменение формы покрышки и рисунка протектора производится при помощи встроенных электрических приводов, которые втягивают внутрь отдельные сегменты, формируя впадины и более рельефный рисунок протектора для влажной дороги. А на сухой и качественной дороге покрышка формирует гладкую поверхность, что позволяет минимизировать расход топлива или энергии из аккумуляторных батарей. Встроенная система искусственного интеллекта постоянно анализирует дорожные условия, режим движения и через некоторое время подбирает оптимальную для этого конфигурацию протектора.
Каждое колесо может общаться с другими колесами и аналогичными колесами других автомобилей через Интернет. Так же через Интернет осуществляется обмен информацией о состоянии дороги, что позволяет колесам подготовиться заранее к резким изменениям, если такие присутствуют впереди на пути. Кроме этого "мозг" покрышки Eagle 360 Urban способен обнаружить место прокола и изменить вращение колеса так, чтобы проколотое место не входило в контакт с дорогой пока отверстие не будет запечатано поданным изнутри специальным клеем на основе нанотехнологий.
К сожалению, вряд ли кому-нибудь из нынешнего поколения доведется увидеть в действии такие "умные" колеса. Для этого сначала должны появиться автомобили с соответствующим видом подвески. Однако, в том, что они появятся в далеком или не очень далеком будущем, сомневаться не приходится.
Клетки представляют собой крошечные компьютеры, способные обрабатывать входные данные определенного рода и вырабатывать соответствующие сигналы. Но реализация вычислений на клеточном уровне в последнее время становится чем-то большим, нежели метафорой. Ученые-биологи уже успешно расшифровали некоторые внутренние "алгоритмы" работы клеток, которые управляют происходящими внутри их процессами, и, путем редактирования генетической информации, записанной в ДНК клетки, заставили эти клетки выполнять несвойственные им ранее действия.
Последним достижением в данном направлении является работа ученых из Бостонского университета. Путем перепрограммирования ДНК эти ученые заставили в ответ на определенные внешние факторы модифицированные клетки выполнять один из 109 запрограммированных наборов логических инструкций. А дальнейшее развитие данной технологии может привести к появлению живых клеток, способных реагировать на заданный набор внешних условий, что позволит им вырабатывать сложные химические соединения, необходимые для борьбы с заболеваниями, к примеру.
Запрограммированные в ДНК логические цепочки состояли преимущественно из логических элементов НЕ, одних из самых простых базовых логических элементов. Эти элементы выступают в роли своего рода спускового механизма, запускающего выполнение определенных функций при совпадении одного или нескольких условий. В данном случае, фактором, приводившим в действие "спусковой механизм", выступал свет с определенной длиной волны. А реакцией клетки на этот фактор был специальный флуоресцентный белок, который вырабатывался клеткой и заставлял ее светиться. Но при помощи точно такого же подхода можно реализовать выполнение клетками более сложных инструкций, результатом чего будет выполнение более сложных функций.
Следует отметить, что группа профессора Вонга путем программирования ДНК создала 113 "биологических схем", из которых работоспособными оказались лишь 109. "Из моего личного опыта можно сказать, что большой удачей при создании генетических "схем" можно считать, когда вы получите 25 процентов работоспособных элементов" - рассказывает профессор Вонг, - "А в наших следующих исследованиях мы намерены заставить подобные логические схемы работать одинаковым образом внутри живых клеток различных типов".
Группа ученых-астрономов, работающих с телескопом Very Large Telescope Европейской Южной обсерватории, объявила об открытии новой коричневой карликовой звезды, получившей название SDSS J0104+1535. Эта звезда отличается от других подобных астрономических объектов своей высокой массой, во-первых, и чистотой ее химического состава, во-вторых. Звезда SDSS J0104+1535 находится в пределах нашей галактики, галактики Млечного Пути, а ее возраст равен приблизительно 10 миллионам лет.
Звезда SDSS J0104+1535 находится на удалении 750 световых лет от Земли в районе созвездия Рыб, она является одной из множества древних звезд, "заселяющих" данную область космического пространства. На 99.99 процента она состоит из гелия, а оставшаяся доля приходится на водород. С этой точки зрения звезда SDSS J0104+1535 имеет в 250 раз более чистый состав, нежели наше Солнце.
Несмотря на то, что звезда SDSS J0104+1535 относится к классу карликовых звезд, она имеет самую большую массу среди всех известных коричневых карликовых звезд на сегодняшний день. Масса материи, из которой состоит эта "неудавшаяся звезда", в 90 раз превышает массу материи, из которой состоит Юпитер.
Открытие звезды SDSS J0104+1535 привлекло внимание астрономов со всего мира не только двумя упомянутыми выше рекордными показателями. Раньше ученые не знали о возможности существования коричневых карликовых звезд, имеющих подобный химический состав, и данное открытие послужило доказательством такой возможности. Вполне вероятно, что в скором времени ученым удастся обнаружить и другие подобные звезды в том же самом регионе космического пространства, которые условно можно будет отнести к классу сверхчистых коричневых карликовых звезд.
На прошлой неделе ученые из немецкого Космического Центра (DLR) произвели включение того, что можно описать термином "самое большое в мире искусственное Солнце", установку, состоящую из 149 светоизлучающих устройств. В этой установке, имеющей название Synlight и расположенной в 30 километрах западней Кельна, используются короткодуговые ксеноновые лампы, свет от которых фокусируется на области, размером 20 на 20 сантиметров. А уровень освещенности в этой области в 10 тысяч раз превышает уровень освещенности такой же поверхности естественным образом в яркий солнечный день.
В области фокусировки лучей ксеноновых ламп температура достигает отметки в 3 тысячи градусов Цельсия. Помимо этого в рабочей зоне установки Synlight создается ряд других условий, необходимых для протекания новых процессов получения водорода путем процесса высокотемпературного расщепления воды. Таким образом немецкие ученые пытаются разработать новую технологию получения водородного топлива, исключив из нее необходимость использования огромного количества электрической энергии, которое делает на сегодняшний день процесс электролиза экономически не целесообразным.
На строительство установки Synlight была затрачена сумма в 3.5 миллиона евро, а за четыре часа своей работы она расходует энергию в количестве, достаточном для снабжения среднестатистического жилого дома с четырьмя людьми на протяжении одного года.
В недрах "ослепительной" установки Synlight, мощность которой составляет 350 кВт, будет проведен ряд экспериментов, которые уже были сделаны в меньшем масштабе в лабораторных условиях. Это, в свою очередь, позволит ученым достичь такого масштаба процессов, который уже можно будет использовать для получения водорода в промышленных количествах при помощи естественного солнечного света, сфокусированного при помощи ряда уже известных и опробованных методов.
Помимо процессов получения водорода, установка Synlight будет использована для проведения исследований процессов, в которых принимает участие водород и угарный газ, полученный при помощи других экологически чистых процессов. Комбинация водорода и угарного газа позволит получать на выходе более тяжелое жидкое топливо, к примеру, авиационный керосин и дизельное топливо, которые по основным параметрам не будут уступать топливу, полученному традиционным путем перегонки нефти.
Ученые из Калифорнийского колледжа Св. Марии (St. Mary's College of California), работающие с квантовых компьютером D-Wave 2X, научили его распознавать и классифицировать деревья на снимках, полученных при помощи спутниковой или аэрофотосъемки. Все это выглядит не очень впечатляющим достижением, тем не менее, данное достижение является значительным шагом к практическому использованию квантовых компьютеров для решения сложных задач, таких, как компьютерное видение и распознавание объектов.
Исследователи, возглавляемые физиком Эдвардом Бойда (Edward Boyda), "скормили" квантовому компьютеру с 1152 кубитами сотни изображений поверхности, полученных при помощи спутников НАСА. Компьютер самостоятельно определил десятки вариантов различных особенностей, таких, как насыщенность зеленого цвета, коэффициент отражения и т.п. для того, чтобы определить, являются ли пиксели изображения деревьями, а не дорогами, зданиями или водоемами. Указав компьютеру на допущенные им ошибки, ученые добились того, что компьютер видоизменил вычисленные им формулы, по которым он производит идентификацию и классификацию деревьев.
"Классификация деревьев это задача, гораздо более сложная, нежели кажется на первый взгляд. Деревья растут рядом друг с другом, высокие деревья соседствуют с низкими, и в лесу эти варианты встречаются в неисчислимом количестве комбинаций" - рассказывает Рамакришна Немани (Ramakrishna Nemani), ученый из отдела суперкомпьютерных вычислений НАСА (NASA Advanced Supercomputer Division) в Маунтин-Вью.
После проведенного процесса обучения компьютера D-Wave смог идентифицировать и классифицировать деревья с 90-процентной точностью. Такой уровень точности ненамного превышает точность работы подобных программ на обычных компьютерах, но квантовый компьютер делает все это с легкостью, оставляя достаточно большой резерв вычислительной мощности для решения других сопутствующих сложных вычислительных задач, так же связанных с анализом изображений и идентификацией объектов.
Решенная при помощи квантового компьютера D-Wave 2X проблема является лишь малой частью более глобальной задачи отслеживания и прогнозирования климатических изменений. Пропуская через себя "тонны" снимков, сделанных спутниками НАСА, квантовые компьютеры смогут в приемлемые сроки выявить наличие медленных климатических изменений, происходящих в течение недель, месяцев или лет. "При таком подходе мы сможем с очень высокой точностью прогнозировать появление циклона над Индией через шесть месяцев, наблюдая сегодня некоторые изменения погодных условий в Северной Канаде" - пишут исследователи.
"Бытует мнение, что квантовые компьютеры смогут решить абсолютно все сложные задачи гораздо быстрее обычных вычислительных систем" - рассказывает Итей Хен (Itay Hen), программист из университета Южной Калифорнии, - "Но это совсем не так, вся мощь квантовых компьютеров проявляется лишь на задачах определенного класса, их использование для других задач является тупиковым направлением. Мы же сейчас занимаемся поиском и определением новых видов задач, подходящих для квантовых компьютеров. Кроме этого, мы занимаемся адаптацией под квантовые системы некоторых уже известных задач, таких, как машинное глубинное изучение и самообучение".
Нашим читателям, наверняка не раз доводилось видеть кадры из автомобильной рекламы или фантастических фильмов, на которых футуристические автомобили демонстрируют чудеса трансформации, двигаясь на огромной скорости. Все это делается в студиях спецэффектов, в которых для этого используются специализированные системы, позволяющие с максимальным визуальным эффектом смешать реальный мир и виртуальную реальность. Одной из таких систем является новая система с названием Cyclops, используемый в ее составе автомобиль больше всего напоминает внедорожный багги, обвешанный всевозможной электроникой и специальными маркерами. А система высокоскоростных камер, плюс высокопроизводительная компьютерная обработка, могут превратить этот непритязательный автомобиль в любую известную и неизвестную пока еще модель, сопровождая все это фантастическими спецэффектами.
Демонстрация системы Cyclops, в основе которой лежит известный игровой "движок" Unreal Engine 4, состоялась на конференции Game Developers Conference, которая проходила не так давно в Сан-Франциско. На базе этой системы была приготовлена презентация автомобиля Chevrolet Camaro ZL1 2017 года, виртуальная оболочка которого накладывалась на "каркас" багги в режиме реального времени.
Система Cyclops дает пользователю максимальную степень свободы в его действиях, человек может изменить цвет, сменить форму кузова автомобиля и выполнить массу других действий при помощи специального приложения для смартфона, в основе которого лежит технология дополненной реальности Google Tango.
Использование системы Cyclops позволит сэкономить режиссерам рекламы или фильмов массу времени, ведь пригодность отснятого материала определяется практически перед этапом окончательного монтажа. Кадры реальной съемки, пропущенные повторно через систему позволят внести необходимые изменения в конечное видео без необходимости проведения повторной съемки.
И в заключении следует отметить, что используемый в системе Cyclops автомобиль-багги, имеющий название Blackbird, имеет полностью модульную конструкцию, за счет чего его легко можно приспособить для удовлетворения каких-либо конкретных требований. "Мы можем обуть его в колеса от любого производителя. Так же имеется возможность изменения клиренса, высоты, длины и ширины автомобиля. И все это делается буквально за считанные минуты времени" - рассказывает Алистер Томпсон (Alistair Thompson), глава творческого коллектива студии The Mill, которая занималась разработкой системы, совместно со специалистами Epic Games, - "В системе Cyclops абсолютно все является динамическим, включая освещение, тени и отражения. Это придает конечному результату максимальную фотореалистичность, которую практически невозможно отличить от реальности".