[показать]

Ученые исследовательского подразделения в Цюрихе компании IBM сделали важный шаг на пути к созданию квантового компьютера. Они первыми в истории продемонстрировали технологию "стрельбы" электронами через нанопроводники, изготовленные из полупроводникового материала III-V группы, которые располагались на поверхности кремниевого чипа. Данные исследования проводились в рамках более масштабной программы, нацеленной на поиски и разработки квантовых технологий, способных работать при нормальной температуре окружающей среды.

Упомянутые выше нанопроводники из арсенида индия можно условно назвать двухмерными из-за их очень малой толщины. Для их изготовления использовалась новая оригинальная технология TASE (Template-Assisted-Selective-Epitaxy), которая может быть использована для создания сложных сетей нанопроводников, по которым будет передаваться квантовая информация. "Баллистические" нанопроводники являются идеальной средой для транспортировки электронов, которые во время движения сохраняют неизменными свои квантовые свойства, такие, как энергия, импульс и спин.

Одной из главных проблем, с которыми пришлось столкнуться исследователям IBM, стало не изготовление нанопроводников, а получение качественного полупроводникового материала, в котором не должно было содержаться никаких примесей и дефектов.

И в заключение следует отметить, что электронные связи при помощи баллистических нанопроводников не будут использоваться в самом скором времени для построения квантовых вычислительных систем. Данное направление исследований находится еще на самой ранней стадии и сами исследователи еще не знают, с какими эффектами им придется столкнуться в ближайшем будущем.

Тем не менее, существует вероятность того, что новая технология через несколько лет уже сможет быть использована в квантовых вычислительных системах серии IBM Q, которые доступны сейчас через облачный сервис IBM Cloud. И, вполне вероятно, что к тому моменту новые квантовые технологии уже позволят отказаться от использования сверхпроводящих кубитов, требующих охлаждения до сверхнизких температур.

[показать]

Ученые-физики уже очень давно задаются вопросом, почему силы гравитации настолько слабы по сравнению с другими фундаментальными силами? Некоторые из теорий, таких, как теория струн, которые пытаются связать воедино понятие гравитации и квантовые эффекты, требуют наличия дополнительных измерений, в которых рассеивается большая часть проходящих через них сил гравитации. Обнаружение доказательств существования дополнительных измерений позволит ученым определить истинную природу гравитации, связать ее с квантовой физикой и найти более достоверное объяснение тому, почему Вселенная расширяется ускоряющимся темпом, нежели чем существование какой-то темной энергии и материи.

Однако, обнаружение следов существования дополнительных измерений само по себе является большой научной проблемой. Ученые подозревают, что факты существования этих измерений проявляются лишь на самом маленьком, квантовом уровне, и, поэтому, тот, кто ищет дополнительные измерения, должен быть сам очень и очень маленьким. Сейчас ученые возлагают надежды на эксперименты, проводимые в недрах Большого Адронного Коллайдера, поведение частиц в котором может дать подсказки об измерениях, помимо основных четырех, которые можем ощущать мы с вами.

Тем не менее, у ученых в последние годы появилась еще одна возможность для обнаружения параллельных измерений, параллельных вселенных и других подобных таинственных вещей. Эту возможность предоставляет им открытие в 2015 году гравитационных волн, искривлений пространственно-временного континуума, вызванных самыми высокоэнергетическими событиями во Вселенной, столкновениями черных дыр и взрывами сверхновых. Так, как гравитационные волны должны распространяться и через параллельные измерения, то они должны нести в себе некоторое количество информации об этих измерениях.

Сейчас Густаво Лусена Гомес (Gustavo Lucena Gomez) и Дэвид Андриот (David Andriot), ученые из института Гравитационной физики Макса Планка в Германии, намереваются вычислить, каким образом прохождение гравитационных волн через дополнительные измерения должны затронуть их форму и другие их параметры, которые люди научились измерять только в последнее время. Составленные учеными математические модели уже указали им на две специфичные особенности, в которых может быть заключена информация о дополнительных измерениях - высокочастотные гармоники низкочастотных гравитационных волн и эффекты "растяжения" пространства этими волнами. 
 

[показать]

К сожалению, современные гравитационные обсерватории неспособны к регистрации высоких частот гравитационных волн, все они работают в более низкочастотном диапазоне. С этой точки зрения второй вышеупомянутый эффект более подходит для практического использования. "Если дополнительные измерения существуют в нашей Вселенной, они влияют на процесс искривления пространства гравитационными волнами" - рассказывает Густаво Гомес, - "В таком случае будет возникать искривление пространства, которое будет отличаться от искривления, вызываемого "идеальными" гравитационными волнами в "идеальной" вселенной, где нет дополнительных измерений".

Согласно теории, гравитационные волны должны искривлять пространство подобно растяжению круглой резинки. Вначале круглое кольцо этой резинки превращается в эллипс, более длинный в одном направлении и более короткий - в перпендикулярном. А затем это все возвращается к изначальной форме, как отпущенная резинка. Существование дополнительных измерений должно проявиться в виде искажений формы идеального эллипса в момент максимальной амплитуды гравитационной волны, кроме этого они могут придавать искажениям пространства характер "дыхания", подобный расширению и сокращению легких человека в процессе дыхания.

"Когда в нашем распоряжении появятся дополнительные и высокочувствительные датчики, мы сможем зафиксировать "дыхание" пространственно-временного континуума, которое может быть вызвано существованием дополнительных измерений или параллельных вселенных" - рассказывает Густаво Гомес.

Тем не менее, обнаружение "дыхания" пространственно-временного континуума может быть объяснено и с точки зрения других имеющихся нестандартных теорий о природе гравитации. А наличие высокочастотных гармоник

[показать]

В августе этого года произойдет одно достаточно знаменательное и интересное событие. Этим событием будет поединок между двумя огромными роботами, роботом американской команды MegaBots и японским роботом Kuratas. Однако, этот поединок может перерасти в полномасштабные международные сражения, ведь совсем недавно на горизонте появился третий участник, китайский четвероногий робот под названием Monkey King, опытный образец которого был только на днях представлен вниманию общественности.

Робот Monkey King является творением группы под названием Greatmetal, и его конструкция кардинально отличается от конструкций двух остальных роботов-бойцов. Это одноместная 4-тонная машина, стоящая на четырех конечностях, по форме действительно напоминает большую обезьяну, скорее всего гориллу. И удивительным является то, что, со слов Шикина Сана (Shiqian Sun), одного из членов группы Greatmetal, на создание столь большой конструкции у них ушло всего два месяца.
 

[показать]

Согласно имеющейся информации, основным видом передвижения робота Monkey King является максимально устойчивое передвижение на четырех конечностях, но, в случае необходимости, робот может стать на две ноги и использовать свои руки для нанесения ударов металлической штангой, которая закреплена у него на спине.

В настоящее время члены команды MegaBots, которые являются главными организаторами поединка роботов, решают, стоит ли им допускать на поле боя еще одного участника, который может стать более сильным и опасным соперником, нежели японский робот Kuratas, который имеет достаточно более слабую и уязвимую конструкцию. Но, в любом случае, появление третьего претендента является хорошим знаком и указывает на то, что к этому новому и своеобразному виду спорта, к "механическим схваткам", возник повышенный интерес и этот вид имеет шансы превратиться в будущем в нечто большее.
 

[показать]

Группа инженеров из Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения (NASA Jet Propulsion Laboratory), возглавляемая Раулем Политом Касильясом, создала опытные образцы сложной метало-композитной "космической ткани", созданной при помощи технологий трехмерной печати. Параметры и функции, закладываемые в структуру этой ткани на этапе изготовления, делают ее идеальным вариантом для использования в космосе в различных целях.

По внешнему виду космическая ткань похожа на помесь кольчуги, резинового коврика и больших металлических блесток, которыми люди любили украшать предметы одежды в далеких 1960-х годах. Однако это все нечто большее, нежели дань высокой моде, одна сторона этой ткани может эффективно отражать свет и тепло, в то время, как обратная ее сторона поглощает все это. За счет гибкости и особой структуры основания слой такой ткани может быть наложен на поверхность любой формы сложности, обеспечивая достаточную прочность и избирательность коэффициента поглощения, что можно использовать для реализации технологий пассивного управления потоками тепла.

Ткань изготавливается при помощи специальной технологии аддитивного производства, при которой объект создается слой за слоем путем нанесения слоев полимерного материала или спекания металлического порошка при помощи луча лазерного света. Традиционно такие технологии именуются термином 3D-печать, но в данном случае Полит Касильяс предпочитает использовать термин 4D-печать поскольку в на этапе производства в структуру ткани вносится набор выполняемых ею функций.
 

[показать]

Космическое агентство рассматривает массу вариантов использования такой композитной ткани. Она может стать основой антенн, которые могут быть быстро развернуты или форма которых может быть изменена без особых затруднений. Так же такая ткань может выступать в роли термоизоляции, защищающей скафандры, космические корабли и помещения космических баз, возведенных на ледяной поверхности холодных планет или крупных астероидов. К защитным функциям такой космической ткани можно так же отнести защиту космических кораблей от микрометеоритов, которые, благодаря упругим свойства, будут отражаться обратно в космос.

Ученые считают, что подобная ткань не только будет использоваться в космосе, ее изготовление может стать одной из технологий переработки и утилизации различных ресурсов на борту космических кораблей. "Мы имеем возможность изначально запрограммировать ряд свойств и функций материала, который позже выйдет из недр трехмерного принтера" - рассказывает Полит Касильяс, - "Мы изначально можем создать и провести всестороннее тестирование различных видов такой ткани. На основе всего этого будет составлена библиотека, пользуясь которой астронавт прямо в космосе может очень быстро сделать то, в чем он нуждается в данный момент времени. А сама возможность и время изготовления различных узлов и деталей как раз и являются теми ключевыми моментами, которые определяет границу между жизнью и смертью в различных нестандартных и чрезвычайных ситуациях".

[показать]

Согласно существующим теориям, звезды и сопровождающие их планеты зарождаются внутри вращающихся дискообразных облаков космической пыли и газа, которые постепенно сжимаются под воздействием своей же гравитации. К сожалению, такие дискообразные облака очень тяжело обнаружить при помощи существующих астрономических инструментов, они, по космическим меркам, являются относительно небольшими и холодными. Однако, возможности телескопа ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), расположенного в пустыне Атакама в Чили, уже позволяют произвести поиски и подробное изучение процессов, происходящих внутри таких дисков. Не так давно ученые опубликовали один из первых снимков протозвездного дискообразного облака под названием HH212, и, оказывается, это облако очень похоже на своего рода космический "гамбургер".

Под воздействием собственной гравитации газ и пыль этого облака медленно падают в район его центра, где они служат "кормом" для формирующейся звезды. Эта звезда по космическим меркам времени является еще "эмбрионом", ее возраст составляет всего 40 тысяч лет. Дискообразное облако имеет ширину, равную 60 расстояниям от Земли до Солнца, его внутренний слой более темен и холоден, чем слои, находящиеся сверху и снизу, что делает его весьма похожим на гамбургер.

Данный снимок является первым снимком, когда астрономам удалось увидеть центральную холодную область протозвездного диска. "Этот факт, в свою очередь, идет вразрез с некоторыми из имеющихся теорий относительно процессов формирования звезд" - рассказывает Чин-Фей Ли (Chin-Fei Lee), научный сотрудник Института астрономии и астрофизики, Тайвань.
 

[показать]

Ученые считают, что такая многослойная структура протозвездного диска является результатом процессов распределения тепла внутри облака. Согласно построенной математической модели, поверхность диска HH212 всегда будет более теплой из-за нагревания ее находящейся внутри протозвездой и перемешивания материи ветрами, возникающими внутри облака. "Самым захватывающим является то, что только в последнее время мы получили возможность обнаружения и тщательного изучения протозвездных дисков" - рассказывает Кен Райс (Ken Rice), астрофизик из Королевской Обсерватории в Эдинбурге, - "И теперь нам становятся понятными некоторые неочевидные особенности процессов, происходящих внутри таких дисков".

Несмотря на то, что диск HH212 и находящаяся внутри него протозвезда еще очень и очень "молоды", внутри этого диска уже успели образоваться частицы материи, размером от одного миллиметра до одного сантиметра, из которых в будущем сформируются планеты и астероиды. А в ближайшем времени ученые-астрономы планируют провести дополнительные наблюдения, в ходе которых они собираются увидеть, как потоки материи циркулируют внутри облака и какие из них направляются в его центр для "подкормки" растущей протозвезды. Кроме этого, астрономы собираются найти уплотнения, которые представляют собой зародыши будущих планет, и которые, согласно имеющимся теориям, должны появляться именно на этом этапе формирования новых звездных систем.

[показать]

Некоторые фермеры уже достаточно давно используют небольшие беспилотные летательные аппараты для проведения контроля роста и состояния посевов сельскохозяйственных культур. Такой подход имеет свои положительные и отрицательные стороны, а исследователи из Технологического института Джорджии предложили достаточно интересную и оригинальную альтернативу беспилотным летательным аппаратам. Они создали робота, конструкция которого была вдохновлена ленивцем, животным, постоянно живущим на деревьях. Однако робот получил название "Tarzan" в честь одного всем хорошо известного персонажа, который мог очень быстро и ловко перемещаться, раскачиваясь и цепляясь за ветви деревьев и свисающие с них лианы.

Робот Tarzan также, как и его одноименный персонаж, может перемещаться, раскачиваясь и цепляясь за натянутый трос его когтями, изготовленными на трехмерном принтере. Естественно, что трос, по которому будет двигаться такой робот, должен быть натянут специально над областью посевов, которые необходимо держать под контролем. В любой момент, по удаленно переданной команде или по заданной заранее программе, робот может остановиться, произвести замеры и сделать снимки растений при помощи своей камеры.

Конструкция робота Tarzan была изначально разработана с прицелом на эффективность движения, что позволяет экономить заряд энергии в его аккумуляторных батареях. При движении робот в максимально возможной степени использует земную гравитацию и силы инерции точно так, как это делает его живой прототип, ленивец. Именно поэтому для движения и функционирования роботу Tarzan требуется совсем небольшое количество энергии, которое может быть получено от солнечных батарей, что избавляет от необходимости периодической зарядки аккумуляторных батарей или дозаправки топливом для топливных элементов.

Создавая робота Tarzan, исследователи имели ввиду вариант, когда в распоряжении достаточно крупного фермерского хозяйства может находиться несколько экземпляров роботов Tarzan, функционирующих за счет солнечной энергии. Эти роботы практически никогда не будут простаивать, они будут постоянно перемещаться по специально протянутым тросам от одного поля к другому, охватывая своим "вниманием" и держа под контролем всю область сельскохозяйственных посевов.

В ближайшем времени исследователи планируют отправить опытный экземпляр робота Tarzan на полевые испытания. Эти испытания будут проводиться на полях близ Афин, Джорджия, где выращивается соя. А собираемые роботом данные и сделанные им снимки будут передаваться другой группе ученых, выращивающих и изучающих различные виды сои.
 

[показать]

Группа ученых и инженеров из Венского Технологического университета, Австрия, создала то, что можно назвать самым сложным на сегодняшний день микропроцессором, изготовленным из плоского двухмерного материала. На кристалле этого чипа находится 115 транзисторов, изготовленных из тончайшей, толщиной в три атома, пленки молибденита, дисульфида молибдена (MoS2). Активный слой чипа этого микропроцессора имеет толщину в шесть десятых нанометра, в то время, как толщина активного слоя обычных кремниевых чипов составляет минимум 100 нанометров.

Ученые надеются, что использование в чипах двухмерных материалов, таких, как графен и молибденит, позволит закону Гордона Мура продержаться еще достаточно долгое время. Графен является превосходным электрическим проводником, что делает его идеальным вариантом для изготовления соединений между компонентами чипа, а молибденит является полупроводником, из которого можно изготавливать элементы транзисторов и других электронных компонентов.

До последнего времени сложность электронных устройств, изготовленных из двухмерных материалов, была невысока, обычно схемы этих устройств содержали по нескольку экземпляров транзисторов. Новое же устройство, созданное учеными из Вены, содержит 115 транзисторов, размещенных на кремниевой подложке. Но, в принципе, схему этого простейшего микропроцессора можно было создать и на поверхности гибкого полимерного основания.

Несмотря на малое количество транзисторов, "плоский" микропроцессор способен выполнять написанные людьми программы, хранящиеся во внешней памяти, производя логические операции над данными и передавая результаты работы на периферийные устройства. Опытный микропроцессор способен выполнять операции только с одним битом данных в каждый момент времени, но архитектура микропроцессора является масштабируемой и без особых затруднений в будущем можно будет создать более сложное устройство, оперирующее данными с большим количеством битов.

Расход энергии "плоским" процессором составляет около 60 микроВатт при работе на таковых частотах от 2 до 20 килоГерц. "С точки зрения производительности наше устройство не идет ни в какое сравнение с нынешними кремниевыми процессорами" - пишут исследователи, - "Тем не менее, оно является первым шагом к созданию электронных устройств нового поколения".

Самый маленький элемент структуры чипа "плоского" микропроцессора имеет размер около 2 микрометров. Тем не менее, ученые считают, что переход к элементам и транзисторам с длиной канала от 100 до 200 нанометров не должен вызвать никаких затруднений, ведь для производства "плоской" электроники используются те же самые методы, что и для производства обычной кремниевой электроники. Улучшив в будущем качество соединительных контактов и уменьшив размеры элементов транзисторов до 1 нанометра можно будет добиться резкого увеличения плотности и быстродействия чипов процессоров.

К сожалению, массовое производство чипов с транзисторами из молибденита в настоящее время невозможно из-за отсутствия технологии производства высококачественной пленки этого материала. Наличие дефектов в изготавливаемых пленках обуславливает то, что работоспособными являются лишь пять процентов от общего количества изготовленных транзисторов. Венские ученые пытаются решить эту проблему путем разработки технологии выращивания молибденитовой пленки прямо на поверхности целевой сапфировой подложки, что позволит устранить сложные и дорогостоящие этапы отдельного выращивания пленки и прикрепления ее к поверхности подложки.

Кроме вышеупомянутой проблемы, для того, чтобы начать всерьез думать об чипах с сотнями миллионов "плоских" транзисторов, будет необходимо перейти от технологии металлооксидных полупроводников n-типа (NMOS) к более традиционной и менее требовательной к количеству энергии КМОП-технологии (CMOS). "Такой переход потребует использования иного двухмерного полупроводникового материала" - пишут исследователи, - "Но у нас уже имеется несколько подходящих кандидатов, в частности, диселенид вольфрама".

[показать]

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новую технологию, позволяющую создавать меньшие и более плотные электронные схемы на поверхности кристаллов полупроводниковых чипов, что, в свою очередь, позволит "сломать препятствия", стоящие на пути сохранения закона Гордона Мура. В этой технологии используется слой самособирающегося полимера, что позволяет получать элементы электронных схем, размеры которых существенно меньше 10 нанометров. Кроме этого, новый метод является комбинацией нескольких методов, широко используемых сейчас в электронной промышленности, а это означает, что чипы, изготовленные по новой технологии, могут производиться в промышленных масштабах, относительно просто и по невысокой стоимости.

Изготовление любых микрочипов начинается с осаждения на специально подготовленную подложку полупроводниковых материалов различных типов. При этом, образы, соответствующие элементам электронных компонентов, формируются на поверхности чипа при помощи технологии, называемой литографией. Кроме этого, электрические и электронные свойства некоторых участков осажденного материала изменяются путем освещения этих участков ультрафиолетовым светом. И, чем меньшие элементы электронных компонентов можно изготовить при помощи используемых в производстве способов, тем большее количество компонентов можно разместить на единице площади поверхности чипа, и тем быстрее, мощнее и эффективней будет этот чип.

"Разработчики чипов все время стремятся к изготовлению все меньших и меньших элементов" - рассказывает Карэн Глисон (Karen Gleason), ведущая исследовательница, - "Но начиная с некоторого момента дальнейшее уменьшение размеров становится ужасно дорогим".

Ключевым моментом новой технологии, разработанной в Массачусетском технологическом институте, является полимерный материала, относящийся к классу так называемых блок-кополимеров (block copolymer). Перед его использованием поверхность чипа предварительно обрабатывается электронным лучом, который формирует на этой поверхности необходимые образы. После нанесения слоя полимера при помощи распространенного метода осаждения из парообразной фазы, он, этот полимер укрепляется только на поверхности ранее активированных участков, формируя цепи, состоящие из смеси двух видов полимерных цепочек.
 

[показать]

За счет самостоятельного формирования полимерных цепочек получается весьма удивительный "фокус", каждой базовой линии, полученной путем обработки чипа электронным лучом, соответствуют четыре отдельных параллельных полимерных линии, что позволяет уменьшить размеры элементов и увеличить плотность электронной схемы в четыре раза.

Существуют и другие методы, позволяющие получать линии сопоставимой толщины на поверхности кристаллов чипов. Но новый метод, в котором используется недорогой полимерный материал, подходит в большей степени для условий массового производства и поэтому он более жизнеспособен с экономической точки зрения. 

"Возможность создания при помощи полимерного материала элементов и компонентов, размеры которых не превышают 10 нанометров, является самой главной задачей нынешней области нанопроизводства" - рассказывает Джоерг Лэхэнн (Joerg Lahann), профессор из Мичиганского университета, - "Качество и надежность нового процесса открывает перед нами массу новых областей его применения для создания столь сверхминиатюрных устройств, о чем нельзя и мечтать при использовании традиционных технологий".

[показать]

Группа инженеров из Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) разработала новую технологию трехмерной печати металлических изделий, которая в корне отличается от существующих технологий лазерного плавления металлического порошка, повсеместно используемых сейчас в различных отраслях промышленности. В этой технологии используются металлы в критическом полутвердом состоянии, которые могут вытекать через сопло головки принтера под воздействием приложенного к ним давления. А дальнейшее развитие данной технологии позволит наладить производство более высококачественных и более легких металлических изделий, не требующих последующей механической обработки.

Разработанная технология носит название прямой печати металлом (direct metal writing). В этой технологии металлическая заготовка предварительно нагревается до температуры, при которой металл или сплав переходит в полутвердое-полумягкое состояние. В этом состоянии в объеме металла присутствуют мелкие твердые металлические частицы, окруженные слоем жидкого металла, который уже успел расплавиться. И при приложении к такому металлу не очень большого давления твердые металлические частицы отрываются друг от друга, и металл начинает течь через сопло головки, подобно зубной пасте, выдавливаемой из тюбика.

Естественно, что выйдя из сопла трехмерного принтера и войдя в контакт с более холодными слоями этого же металла или материала подложки, металл остывает и становится твердым. Температура выходящего из сопла металла подбирается так, чтобы металл надежно сплавился с предыдущими слоями и при этом не начало образовываться большого количества дефектов в виде пузырей или полостей. "Главным вопросом, который нам пришлось решить, был точнейший и жесткий контроль над потоком металла, выходящего из головки принтера" - рассказывает Энди Паскалл (Andy Pascall), - "И когда мы создали технологию такого контроля, мы получили возможность печатать различные структуры таким способом, которым это не делалось никогда ранее".

Но, прежде чем данная технология доберется до этапа промышленного применения, инженерами из LLNL будет необходимо проделать еще массу работы. Первой задачей, которую они будут решать в самом ближайшем времени, станет задача повышения разрешающей способности трехмерной печати. А после этого они перейдут к задаче использования в печати материалов, широко используемых в промышленности, алюминия, титана и сплавов этих легких металлов. В настоящее время в опытном образце трехмерного принтера используется сплав висмута и олова, имеющий низкую точку плавления. С одной стороны это избавляет от массы проблем и облегчает процесс печати, а с другой - приводит к появлению дополнительных сложностей, ведь этот сплав быстро застывает и частицы твердого металла забивают сопло головки принтера.

Сейчас исследователи уже начали экспериментировать с некоторыми сплавами алюминия, которые имеют более высокую точку плавления. Это, в свою очередь, приводит к возникновению целого ряда технических проблем, но, как говорится, "овчинка стоит выделки", ведь изготовленные из таких сплавов детали и узлы можно будет использовать на земле, в воздухе и в космосе.
 

[показать]

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.

[показать]

Группа ученых из университета Базеля (University of Basel), Швейцария, и Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT), Германия, разработали структуру, изготовили и провели испытания одного из самых маленьких на свете электрических выключателей. Основой этого выключателя является единственная молекула вещества, синтезированная таким образом, чтобы придать этой молекуле необходимые электрические и механические свойства. Данное достижение является одним из больших шагов на пути продвижения теоретических идей к практическому воплощению элементов так называемой молекулярной электроники.

Форма синтезированной молекулы чем-то напоминает трехногий лунный посадочный модуль, на вершине которого находится активная часть переключателя. Его три "ноги" имеют специальные "якорные" химические группы, обеспечивающие прочное и надежное сцепление с поверхностью покрытого золотом основания. Роль активного элемента выполняет нитриловая группа, которая выступает достаточно далеко за пределы всей остальной молекулы.

Вторым электродом этого "выключателя" является наконечник туннельного сканирующего микроскопа, и при его же помощи осуществляется управление состоянием выключателя. Когда наконечник микроскопа входит в контакт с "торчащей" нитриловой группой, то через молекулу начинает течь электрический ток, а электрическая проводимость молекулы зависит от положения нитриловой группы. Чем сильней она прижимается наконечником микроскопа в сторону молекулы, тем ниже становится электрическое сопротивление и тем "качественней" включается этот молекулярный выключатель.

Нитриловая группа имеет так называемый дипольный момент, неравномерность распределения положительного и отрицательного электрического заряда. Это позволяет, помимо механического способа, управлять состоянием выключателя при помощи электрического поля. Изменяя полярность и силу потенциала на наконечнике микроскопа, можно заставить нитриловую группу или приблизиться к остальной молекуле или наоборот, отдалиться от нее, включая или выключая молекулярный выключатель.

Еще одним интересным моментом является то, что контакт между молекулой и наконечником микроскопа может быть установлен или разорван сколь угодно большое количество раз, не вызывая остаточных деформаций структуры молекулы. Такая высокая надежность является следствием череды теоретических расчетов, позволивших рассчитать форму отдельной молекулы, которая должна обладать набором определенных свойств. Данные исследования проводились под финансированием от немецкого Исследовательский фонда, соответствующая программа которого направлена на объединение методов функционального теоретического моделирования с практическими экспериментами в области малых сил и энергий, действующих на уровне отдельных молекул.

[показать]

В течение многих лет ученые-физики исследовали строение положительно заряженных субатомных частиц, протонов, бомбардируя их потоком электронов и регистрируя интенсивность их отражения под разными углами. Таким образом ученым удавалось определить картину распределения электрического заряда и магнитные свойства частицы. В ходе этих экспериментов было выяснено, что распределение электрического заряда и магнетизма частицы почти полностью совпадают. Начиная с 2000-х годов, исследователи начали использовать в своих экспериментах поляризованные лучи электронов, это позволило значительно увеличить разрешающую способность экспериментов и привело к череде достаточно значимых открытий.

Одним из вышеупомянутых открытий стало то, что во время столкновения протона и электрона происходил так называемый фотонный обмен, но позже стало известно, что в некоторых случаях в этом фотонном обмене принимает участие не один, а два фотона одновременно, что приводит к появлению неравномерностей распределения электрического заряда. Согласно разработанной на основе экспериментальных данных, оба участвующие в обмене фотона должны быть "твердыми", т.е. высокоэнергетическими фотонами.

Для изучения особенностей двуфотонного обмена группа исследователей из лаборатории Ядерной физики (Laboratory for Nuclear Science) Массачусетского технологического института в течение семи лет занималась проведением эксперимента под названием OLYMPUS. Этот эксперимент проводился на синхротронном электронном ускорителе German Electron Synchrotron (DESY) в Гамбурге, Германия, и в его результатах содержатся доказательства того, что во время взаимодействия электрон-протон действительно происходит обмен двумя фотонами.

Однако, в отличие от теоретических прогнозов, результаты эксперимента OLYMPUS говорят о том, что во время обмена только один из фотонов является высокоэнергетическими, во втором фотоне заключено совсем небольшое количество энергии по сравнению с первым.

Получение экспериментальных результатов было сопряжено со многими трудностями. Ученым пришлось демонтировать целый спектрометрический комплекс BLAST, датчик которого имеет объем в 125 кубических метров, и перевезти его из Массачусетского технологического института в Германию. Во время окончательного монтажа датчик и сопутствующее ему оборудование прошли модернизацию, которая позволила улучшить их параметры.

Эксперимент OLYMPUS проводился параллельно с еще двумя подобными экспериментами, одним в США и вторым - в России. В данном случае протоны бомбардировались лучами отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных позитронов. А регистрация разницы между взаимодействиями двух видов дала ученым в руки большее количество ценной информации.

Сравнительные данные собирались на протяжении трех месяцев, а на анализ собранного массива информации потребовалось уже три года. Выявленная разница между теорией и практикой означает, что будущие эксперименты должны проводиться на еще более высоком уровне энергии, там, где эффект двуфотонного обмена должен проявляться с большей силой.

В ближайшем будущем ученые из Массачусетского технологического института планирует изучить реакцию научного физического сообщества на полученные ими результаты. "Может случиться так, что кто-нибудь укажет нам какую-то мелкую деталь, наличие которой приведет в согласие теорию и практику на уровне низкой, средней и высокой энергии" - пишут исследователи, - "Тогда и станет ясно, каким должен быть наш следующий шаг. Если мы не найдем недостающее "связующее звено", то мы продолжим искать его дальше, а если это звено будет найдено, то нам потребуется получить дополнительные экспериментальные доказательства".

[показать]

Международной группе ученых удалось создать и провести первые в истории наблюдения за новым состоянием материи, которое называется временным кристаллом. В обычных кристаллах атомы расположены в определенном порядке, который повторяется в пространстве в различных направлениях, структура временных кристаллов не имеет пространственной упорядоченности, вместо этого она повторяется через определенные промежутки времени. Возможность существования временных кристаллов была теоретически обоснована в 2012 году, но практическое их создание считалось невозможными из-за того, что они нарушают законы теплового равновесия. И создание образцов таких кристаллов является первыми шагами в неизведанный доселе мир неравновесных фаз состояний материи.

Идея о возможности существования временных кристаллов была выдвинута в 2012 году ученым-физиком и Лауреатом Нобелевской премии Франком Вилкзеком (Frank Wilczek) из Массачусетского технологического института. После этого было опубликовано множество научных работ по этой теме, в некоторых из которых предлагались новые способы создания временных кристаллов, а в других приводились доказательства невозможности их существования. В 2016 году группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли в общих чертах обрисовала один из методов создания временных кристаллов в лабораторных условиях, и спустя не очень продолжительное время это принесло практические результаты.

Странную природу временных кристаллов Норман Яо (Norman Yao), ученый из Калифорнийского университета, демонстрирует на примере тарелки, на которой лежит достаточно высокий кусочек желе. "Если качнуть такую тарелку, то желе начнет колебаться и амплитуда этих колебаний будет затихать со временем до той поры, пока вы не качнете тарелку снова. Временные кристаллы ведут себя совсем по-другому, их атомы будут периодически колебаться, возвращаясь к одному и тому же образу через определенные интервалы времени. И самым парадоксальным является то, что все это происходит без любой движущей силы, воздействующей на кристалл извне".

Так что же из фундаментальной физики нарушает факт существования временных кристаллов? В большинстве случаев атомы вещества, имеющие более высокую температуру, будут отдавать излишки тепловой энергии соседним с ними атомам. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока абсолютно все атомы в рассматриваемом объеме пространства не станут иметь одну и ту же температуру. Такое состояние материи называется состоянием теплового равновесия, но временные кристаллы никогда не смогут достичь такого состояния, постоянно переходя из одной неравновесной фазы в другую.

Для того, чтобы создать временной кристалл, исследователи использовали ионы иттербия. Эти ионы поднимались и удерживались при помощи электрического поля, а первоначальный толчок, "запустивший вечный двигатель" временного кристалла, был произведен при помощи импульса лазерного света. Импульсы света других дополнительных лазеров использовались для того, чтобы упорядочить движение ионов, после чего это движение приобрело повторяющийся во времени характер.

Здесь следует особо отметить, что характеристики первоначального импульса лазерного света и импульсов дополнительных лазеров были подобраны таким образом, что энергия этих импульсов не могла выступать в роли силы, заставляющей двигаться всю систему ионов. Эти импульсы служили только для задания временного ритма движения. Все, что происходило с системой ионов иттербия, полностью укладывается в рамки, определяемые теорией Франка Вилкзека, и это служит доказательством того, что ученым все же удалось создать первый действующий временной кристалл.

В настоящее время очень тяжело придумать вариант практического использования данного достижения. Исследования в направлении неравномерных фаз состояния материи находятся только на самой ранней стадии, но ученые считают, что нечто подобное в будущем может быть использовано для хранения и передачи информации, в области квантовых вычислений и в некоторых других областях, о которых мы, возможно, еще не имеем сейчас ни малейшего представления.

[показать]

Рентгеновский космический телескоп XMM-Newton Европейского космического агентства недавно обнаружил новый пульсар, который является чрезвычайно плотной нейтронной звездой, вращающейся с большой скоростью, оставшейся после взрыва массивной звезды. Этот пульсар, NGC 5907 X-1, находящийся в недрах спиральной галактики NGC 5907, является самым ярким среди всех известных пульсаров, его яркость в 10 раз превышает яркость предыдущего пульсара-рекордсмена. Всего за одну секунду он испускает в пространство энергию, количество которой эквивалентно количеству энергии, излучаемой Солнцем за 3.5 года. Более того, новый пульсар является самым удаленным от Земли, его свету, для того чтобы достичь окрестностей нашей планеты требуется порядка 50 миллионов лет.

Напомним нашим читателям, что пульсары являются нейтронными звездами, вращающимися с достаточно большой скоростью. Сильнейшее магнитное поле, вырабатываемое такими звездами, приводит к тому, что вся энергия, извергаемая ими в виде заряженных частиц и излучения различных диапазонов, преимущественно рентгеновского, формирует два луча, "бьющие" из полюсов звезды. И когда направление этого луча периодически совпадает с направлением на Землю, телескопы регистрируют всплеск излучения.

За прошлые 13 лет телескопу XMM-Newton несколько раз удавалось поймать сигналы от этого пульсара, идущие с частотой один раз в 1.13 секунды. А его открытие стало результатом статистического анализа всего объема данных, полученных этим телескопом. Дополнительная информация, подтверждающая данное открытие, была почерпнута из архива данных, собранных телескопом Nustar американского космического агентства НАСА.
 

[показать]

"Ранее считалось, что подобную яркость в рентгеновском диапазоне могут иметь только квазары, образующиеся вокруг сверхмассивных черных дыр. Да и то, такую яркость они могли развивать только в моменты пикового потребления материи из окружающего пространства" - рассказывает Жан Лука Исраэль (Gian Luca Israel), астроном из обсерватории INAF-Osservatorio Astronomica di Roma, Италия, - "Однако, быстрые и периодические пульсации излучения этого источника четко говорят нам о том, что он является нейтронной звездой".

Собранные данные указывают на то, что за все время наблюдений темп пульсаций (частота вращения) пульсара изменился достаточно сильно. В 2003 году период следования импульсов составлял 1.43 секунды, а в 2014 году - уже 1.13 секунды. Если бы Земля ускоряла свое вращение таким темпом, это привело бы к сокращению длительности суток на 5 часов за аналогичный промежуток времени. Столь высокий уровень изменения скорости вращения нейтронной звезды астрономы связывают с процессом поглощения ею больших масс материи от находящихся неподалеку "компаньонов". 

"Наличие такого объекта нарушает все существующие сейчас теории, описывающие процессы, происходящие в нейтронных звездах" - рассказывает Жан Лука, - "Эта звезда в тысячу раз более ярка, нежели это возможно с теоретической точки зрения. И сейчас мы уже должны кардинально переработать все имеющиеся математические модели для того, чтобы с их помощью можно было объяснить, откуда же берется это огромное количество энергии, испускаемой этим объектов в пространство".

Одним из подходящих вариантов объяснения наблюдаемому феномену ученые считают сильнейшее магнитное поле сложной конфигурации, которое приближено к поверхности звезды на чрезвычайно малое расстояние. Но для получения подтверждения всех выдвинутых предположений ученым потребуется, как минимум, произвести более тщательное изучение обнаруженного пульсара, а в лучшем случае - и изучение других подобных пульсаров после того, как они будут обнаружены.

[показать]

Эксперименты, во время которых парализованные люди могли управлять автоматизированным манипулятором "силой мысли" или слепые люди видели расплывчатые образы, уже доказали большой потенциал компьютерных систем, передающих и принимающих сигналы из мозга при помощи имплантатов различного типа. Но внедряемые матрицы электродов, используемые в большинстве таких случаев, через некоторое время становятся бесполезными из-за того, что вокруг них нарастает защитный слой шрамоподобных тканей, которые ухудшают электрический контакт электродов с клетками нервных тканей мозга.

Но уже в следующем месяце исследователи из Медицинской школы Гарвардского университета начнут испытания на обезьянах нового имплантата, который не требует хирургического вмешательства и устанавливается снаружи черепной коробки, что позволит избежать возникновения описанной выше проблемы. А в долгосрочной перспективе данная работа может привести к разработке высококачественных устройств, возвращающих зрение слепым людям или возможность движения парализованным пациентам.

Основой нового имплантата является множество крошечных катушек, способных общими усилиями вырабатывать достаточно сильное магнитное поле, способное повлиять на электрические аспекты деятельности нервных клеток определенных участков головного мозга. Помимо установки имплантата поверх черепной коробки одному из подопытных животных, ученые поместят такой же имплантат внутрь черепа второго животного для получения сравнительных результатов.

Устройство будет использоваться для магнитной стимуляции зрительного участка коры головного мозга. При этом, подключенный к имплантатам компьютер будет достаточно точно имитировать сигналы нервной деятельности, подобные сигналам, передаваемых мозгу от зрительных нервов. И, в отличие от матриц имплантируемых электродов, эффективность действия катушек не должна измениться в худшую сторону с течением времени.

Данные проект, рассчитанный на три года, является частью глобальной инициативы BRAIN initiative, нацеленной на изучение всех аспектов деятельности головного мозга. А подход, разработанный гарвардскими учеными, через некоторое время, требующееся на доработку и проведение всесторонних испытаний, может быть с успехом использован и по отношению к людям. Кроме того, данная технология может быть использована не только на мозге, ее можно применить, к примеру, для восстановления подвижности конечностей и других частей тела в случае повреждения нервных тканей в результате болезни или полученной травмы.

[показать]

В ноябре прошлого года компания Intel побила свой собственный рекорд по количеству летательных аппаратов, действующих в составе единой группы, подняв в воздух 500 небольших беспилотников собственного производства. Но, этому рекорду было не суждено продержаться значительное время, предприимчивые китайцы, которые всеми силами пытаются быть "впереди мира всего", устроили в городе Гуанчжоу, что на юге Китая, еще более грандиозное световое шоу, подняв в воздух одновременно тысячу беспилотников-квадрокоптеров.
 

[показать]

Это 15-минутное шоу, сопровождавшееся выступлением симфонического оркестра, имело место быть в 21:00 по местному времени 15 января этого года. Оно послужило своего рода мостом между современными передовыми технологиями и китайскими традициями, точнее, Фестивалем китайских фонарей, которым традиционно отмечается конец года по китайскому календарю.
 

[показать]

Для создания шоу, его организаторы использовали тысячу квадрокоптеров Ehang Ghost Drone 2.0, на каждом из которых был установлен фонарик, способный изменять свой цвет. Траектории полета всех аппаратов рассчитывались при помощи одного единственного компьютера, а управление и синхронизация производились при помощи беспроводных коммуникационных технологий. В результате всего этого беспилотники сформировали динамический воздушный "дисплей", размером 280 на 180 метров. А минимальное расстояние, которое разделяло летательные аппараты, поддерживалось на уровне 1.5 метров специальными алгоритмами, предназначенными для предотвращения столкновений.
 

[показать]

Во время шоу на динамическом воздушном "дисплее" были воспроизведены изображения петуха, ведь 2017 год по китайскому календарю является годом Петуха, китайские иероглифы, из которых было составлено пожелание удачи, и карта Китая.

Во время проведения шоу на нем присутствовали представители комитета Книги мировых рекордов Гиннеса, которые все проверили и официально зафиксировали, благодаря чему в Книге скоро появится соответствующая запись о новом рекорде.
 

[показать]

Туманность OH 231.8+04.2 или туманность "Тухлое яйцо", как ее еще называют, является захватывающим примером одного из возможных вариантов "кончины" звезды, имеющей не очень большую массу, звезды, во многом подобной нашему Солнцу. На этом снимке, сделанном космическим телескопом Hubble Space Telescope 30 января 2017 года, показан момент быстрого перехода умирающей звезды из стадии красного гиганта до стадии планетарной туманности, момент, когда внешние газовые слои звезды извергаются в окружающее пространство. Скорость "извержения" материала верхних слоев весьма велика, в данном случае потоки газа, бьющие в разных направлениях, движутся с огромной скоростью порядка миллиона километров в час.

Ученым-астрономам очень редко доводится получить снимки умирающей звезды, находящиеся на данном этапе. Все эти процессы происходят буквально моментально по космическим масштабам времени, как время одного моргания глазом по отношению к времени жизни человека. За следующую тысячу лет бурная туманность OH 231.8+04.2 разовьется в полностью оформленную планетарную туманность, в недрах которой начнут идти медленные и стабильные процессы формирования планет и более мелких космических тел.

Туманность OH 231.8+04.2 имеет название туманности "Тухлого яйца" из-за того, что ее материя содержит достаточно большое количество серы, которая, объединяясь с водородом, образует сероводород, придающий тухлым яйцам их своеобразный и неповторимый запах. К счастью для нас, волна этого газа никогда не достигнет пределов Земли, ведь туманность OH 231.8+04.2 находится на удалении 5 тысяч световых лет в сторону созвездия Кормы.

[показать]

Специалисты японской компании NTT Resonant, которые заведуют порталом Goo и японской поисковой системой, разработали систему искусственного интеллекта Oshi-el, способную давать советы людям, действуя как своего рода виртуальный психолог. Исследователи сосредоточили свои усилия именно на этой области из-за того, что понимание и поиски ответов на отвлеченные вопросы психологического плана, вопросы взаимоотношений между людьми и т.п., являются весьма сложной задачей для систем искусственного интеллекта.

"Подавляющее большинство виртуальных собеседников, так называемых чатботов, могут дать вам короткие ответы, касающихся определенных фактических вопросов" - рассказывает Макото Нэкэцуджи (Makoto Nakatsuji), - "Ответы на вопросы, касающиеся жизни и любви в общем, особенно в Японии, могут быть очень сложными и содержать целую страницу текста. Эти ответы, как правило, содержат множество взаимосвязей межу различными категориями, такими, как семья, школа, работа и др., что делает составление ответа весьма сложной задачей".

Как и все современные системы искусственного интеллекта, система Oshi-el прошла обучение на 190 тысячах вопросов и 770 тысячах ответов, которые находятся в базе данных форума Oshiete портала Goo. Из всей этой огромной массы данных была вычленена структура предполагаемого ответа на вопрос, в которое включается высказывание сочувствия, предложение одного или нескольких вариантов решения проблемы, дополнительная информация и т.п.

Взяв за основу найденную структуру ответа, система Oshi-el подбирает и комбинирует соответствующие предложения, выбранные из базы на основе ключевых слов, найденных в тексте вопроса. Для того, чтобы не зависеть от слов, имеющих несколько значений, все остальные ключевые слова группируются по категориям, так система определяет к чему относится заданный вопрос, к "романтической ситуации" или к "деловым отношениям", к примеру.

Пока что ответы на вопросы, даваемые системой Oshi-el, "попахивают" шаблонами и предварительными заготовками, тем не менее, все они имеют смысл. "Эта система пока еще не в состоянии самостоятельно написать эссе на отвлеченную тему" - рассказывает Ди Ван (Di Wang), ученый из университета Карнеги-Меллоун (Carnegie Mellon University), - "Для этого системе действительно потребуется понять заданный ей вопрос. Но у нас еще нет даже точного определения того, что значит термин "понимание" в контексте искусственного интеллекта, поэтому интеллект способен уловить только лишь "верхушку айсберга" проблем, скрывающихся в заданном вопросе. Но самым удивительным является то, что в данном случае людей не очень-то и заботит правильность данного им ответа, они хотят услышать то, что им нужно, а не то, что правильно".

В своей дальнейшей работе японские исследователи собираются доработать искусственный интеллект системы Oshi-el до того уровня, когда она при составлении ответа будет оперировать не целыми предложениями, а отдельными словами и фразами. Такой подход позволит системе давать более точные или более пространные ответы, которые уже можно будет принять за ответы, данные живыми людьми.