Мягкий механический метаматериал, способный «мыслить», может стать полезным «живым» машинам в будущем

Новый мягкий, отзывчивый метаматериал может принести широкий спектр социальных преимуществ. Сконструированные автономные машины в сочетании с искусственным интеллектом долгое время были основным продуктом научной фантастики, и часто в роли злодеев, таких как Сайлоны в перезагрузке «Звездного крейсера Галактика», существа, состоящие из биологических и искусственных материалов. Но что, если бы эти автономные мягкие машины были… полезны? Это видение команды исследователей из Пенсильванского университета и ВВС США, изложенное в недавней статье в Nature Communications. Эти исследователи создали мягкий механический метаматериал, который может «думать» о том, как к нему применяются силы, и реагировать с помощью запрограммированных реакций. Эта платформа обладает огромным потенциалом для различных приложений, от лечения до улучшения окружающей среды. «Мы создали мягкие механические метаматериалы с гибкими проводящими полимерными сетями, которые могут выполнять все вычисления цифровой логики», — сказал Райан Харн, доцент по развитию карьеры Джеймса Ф. Уилла, Пенсильванский университет. «В нашей статье описывается способ создания функциональных возможностей принятия решений в разработанных материалах таким образом, чтобы они могли поддерживать будущие мягкие автономные инженерные системы, в которые вложены основные элементы жизненных форм, но при этом запрограммированы на оказание полезных услуг людям. Это может включать помощь в поддержании устойчивой и надежной инфраструктуры, мониторинг переносимых по воздуху и воде загрязнителей и патогенов, помощь в заживлении ран пациента и многое другое». Как отмечает Харн, мыслительные процессы человека основаны на логике, которая похожа на булеву логику из математики. Этот подход использует двоичные входы для обработки двоичных управляющих выходов — используя только последовательности «включения» и «выключения» для представления всей мысли и познания. Мягкие материалы, созданные исследовательской группой, «мыслят», […]

НАСА стремится создать лучшую и безопасную батарею с помощью SABERS

Решение проблем с аккумулятором на наших телефонах, планшетах или ноутбуках может быть неприятным. Хотя аккумуляторы в повседневной жизни есть повсюду, многие до сих пор выходят из строя и выходят из строя. Незначительное неудобство, связанное с более частой зарядкой, может даже обернуться дорогостоящим ремонтом или покупкой нового устройства в целом. Батареи в более крупной электронике, такой как гироскутеры или автомобили, могут даже загореться. Теперь, когда все больше внимания уделяется устойчивости авиации, интерес к использованию аккумуляторов для частичного или полного питания электрических силовых установок на самолетах всех размеров растет с каждым днем. Итак, вопрос в том, есть ли лучший способ создать батареи, которые были бы полностью безопасными и не выходили из строя и даже не загорались? В рамках проекта НАСА под названием SABERS, или «Батареи с твердотельной архитектурой для улучшенной перезаряжаемости и безопасности», исследуется, как создать более безопасную батарею с использованием совершенно новых материалов и новых методов строительства. Цель состоит в том, чтобы создать батарею, которая будет иметь значительно более высокую энергию, чем литий-ионные батареи, которые мы сейчас используем. Эта батарея также не потеряет емкость со временем, не загорится и не подвергнет опасности пассажиров, если что-то пойдет не так. «Вместо того, чтобы снимать аккумулятор с полки, мы решили, что нам нужно разработать аккумулятор с нуля, который будет адаптирован к уникальным требованиям к характеристикам электрического самолета», — сказал Рокко Виджиано, ведущий исследователь SABERS в Исследовательском центре Гленна НАСА в Кливленде. Оказывается, твердотельные батареи отвечают всем требованиям. В отличие от многих современных аккумуляторов, аккумуляторы, которые SABERS хочет создать, не содержат жидкости в своей конструкции. […]

«Невидимая татуировка» из наночастиц золота революционизирует медицинскую диагностику

Изменение цвета наночастиц золота под кожей показывает изменение концентрации веществ в организме. Идея имплантируемых датчиков, которые непрерывно передают информацию о жизненно важных значениях и концентрациях веществ или лекарств в организме, долгое время очаровывала врачей и ученых. Такие датчики позволяют постоянно отслеживать прогрессирование заболевания и эффективность лечения. Однако до сих пор имплантируемые датчики не могли оставаться в организме постоянно, и их приходилось заменять через несколько дней или недель. С одной стороны, существует проблема отторжения имплантата, потому что организм распознает датчик как инородный объект. С другой стороны, цвет датчика, указывающий на изменение концентрации, до сих пор был нестабильным и со временем стал блекнуть. Ученые из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) разработали новый тип имплантируемого датчика, который может работать в организме в течение нескольких месяцев. Датчик основан на устойчивых к цвету наночастицах золота, которые модифицированы рецепторами для определенных молекул. Нанозолото, внедренное в искусственную полимерную ткань, имплантируется под кожу, где оно сообщает об изменениях концентрации лекарства, изменяя свой цвет. Имплант сообщает информацию как «невидимую татуировку». Исследовательская группа профессора Карстена Зённичсена в JGU уже много лет использует наночастицы золота в качестве датчиков для обнаружения крошечных количеств белков в микроскопических проточных ячейках. Наночастицы золота действуют как маленькие антенны для света: они сильно его поглощают и рассеивают, поэтому кажутся красочными. Они реагируют на изменения в окружающей среде изменением цвета. Команда Зённичсена использовала эту концепцию для имплантации медицинских датчиков. Чтобы крошечные частицы не уплыли или не разложились иммунными клетками, они заключены в пористый гидрогель, имеющий тканевидную консистенцию. После имплантации под кожу мелкие кровеносные сосуды и клетки прорастают […]

Органический материал для энергоэффективных технологий HVAC нового поколения

Исследователи Texas A&M повысили эффективность осушения полимера, что может помочь в разработке более энергоэффективных систем с меньшим углеродным следом. В знойные летние дни системы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) обеспечивают столь необходимое облегчение от резкой жары и влажности. Эти системы, которые часто поставляются с осушителями, в настоящее время не являются энергоэффективными, потребляя около 76% электроэнергии в коммерческих и жилых зданиях. В новом исследовании ученые Техасского университета A&M описали органический материал под названием полиимиды, который потребляет меньше энергии для осушения воздуха. Кроме того, исследователи заявили, что осушители на основе полиимида могут снизить стоимость систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые в настоящее время стоят тысячи долларов. «В этом исследовании мы взяли существующий и довольно прочный полимер, а затем улучшили его эффективность осушения», — сказал Хэ-Квон Джеонг, профессор Макферрина из отдела химического машиностроения Арти Макферрина. «Мы думаем, что эти полимерные мембраны помогут разработать следующее поколение технологий HVAC и осушителей, которые не только более эффективны, чем существующие системы, но и имеют меньший углеродный след». Осушители удаляют влагу из воздуха до комфортного уровня сухости, тем самым улучшая качество воздуха и устраняя пылевые клещи, среди других полезных функций. Наиболее распространенные осушители воздуха используют хладагенты. Эти химические вещества осушают, охлаждая воздух и снижая его способность переносить воду. Однако, несмотря на свою популярность, хладагенты являются источником парниковых газов, главной причиной глобального потепления. В качестве альтернативного материала для осушения широко используются природные материалы, известные как цеолиты, из-за их высушивающего действия. В отличие от хладагентов, цеолиты являются влагопоглотителями, способными поглощать влагу в своих водоотталкивающих или гидрофильных порах. Хотя эти […]

Новый дизайн может обеспечить более долговечные и мощные литий-ионные батареи

Использование нового электролита может позволить использовать современные металлические электроды и более высокие напряжения, увеличить емкость и срок службы. Литий-ионные батареи сделали возможными легкие электронные устройства, портативность которых мы теперь воспринимаем как должное, а также быстрое расширение производства электромобилей. Но исследователи во всем мире продолжают раздвигать границы для достижения все большей плотности энергии — количества энергии, которое может храниться в данной массе материала, — чтобы улучшить производительность существующих устройств и потенциально позволить новые приложения, такие как дроны и роботы. Одним из многообещающих подходов является использование металлических электродов вместо обычного графита с более высоким зарядным напряжением на катоде. Однако этим усилиям препятствуют различные нежелательные химические реакции, которые происходят с электролитом, разделяющим электроды. Теперь группа исследователей из Массачусетского технологического института и других организаций нашла новый электролит, который преодолевает эти проблемы и может обеспечить значительный скачок в удельной мощности батарей следующего поколения без ущерба для срока службы. Об исследовании сообщается в журнале Nature Energy в статье профессоров Массачусетского технологического института Джу Ли, Ян Шао-Хорн и Джереми Джонсон; постдок Вэйцзян Сюэ; и 19 других в Массачусетском технологическом институте, двух национальных лабораториях и других местах. Исследователи говорят, что это открытие может позволить литий-ионным батареям, которые теперь обычно могут хранить около 260 ватт-часов на килограмм, хранить около 420 ватт-часов на килограмм. Это приведет к увеличению пробега электромобилей и более длительным изменениям портативных устройств. Основное сырье для этого электролита недорогое (хотя одно из промежуточных соединений по-прежнему является дорогостоящим из-за ограниченного использования), а процесс его получения прост. Таким образом, этот прогресс может быть реализован относительно быстро, говорят исследователи. «Сам […]

Новейшие наземные самописцы для измерения акустики тихих сверхзвуковых полетов NASA X-59

В пустынях Южной Калифорнии важнейшие вехи авиации уже давно отмечены уникальными видами и звуками полета. От того, как покойный Чак Йегер сломал звуковой барьер в 1947 году, до подхода и приземления космических шаттлов в Центре летных исследований НАСА (тогда Драйден) в Эдвардсе, и до сегодняшнего дня один узнаваемый звук — это звуковой удар — громкий, иногда Поразительное событие, которое мы слышим на земле, когда самолет летит над головой со скоростью, превышающей скорость звука, также называемую сверхзвуковой скоростью. НАСА на протяжении десятилетий возглавляло усилия по изучению звуковых ударов, громкость которых считается ключевым препятствием на пути развития наземных коммерческих сверхзвуковых летательных аппаратов. Это будущее станет ближе к реальности, когда самолет агентства X-59 Quiet SuperSonic Technology (QueSST) поднимется в знакомые небеса в 2022 году, сделав первые шаги к демонстрации способности летать на сверхзвуковых скоростях, уменьшив при этом звуковой удар до значительно более тихого. В то время как НАСА будет летать на X-59 над общинами вокруг США уже в 2024 году, чтобы проанализировать восприятие и приемлемость общественностью тихого сверхзвукового полета, агентству сначала нужно будет доказать, что самолет X работает так же тихо, как и задумано. Для этого НАСА будет измерять звук звуковых ударов в пустыне Мохаве, используя передовые технологии — совершенно новую современную наземную систему записи для совершенно нового, ультрасовременного X- самолет. НАСА заключило контракт с Crystal Instruments из Санта-Клары, штат Калифорния, на поставку высококачественной звуковой ударной волны — а вскоре и тихого звукового удара — записывающей системы, способной предоставить данные, необходимые агентству для проверки акустической сигнатуры X- 59. «Это будет первый раз, когда […]

Швейцарские ученые производят электричество из дерева

Исследователи из Empa и ETH Zurich сделали древесину сжимаемой и превратили ее в микрогенератор. Когда он нагружен, генерируется электрическое напряжение. Таким образом, древесина может служить биосенсором или генерировать полезную энергию. Последняя изюминка: чтобы гарантировать, что процесс не требует использования агрессивных химикатов, естественные древесные грибы берут на себя задачу модификации древесины. Инго Бургерт и его команда в Empa и ETH Zurich доказали это снова и снова: дерево — это гораздо больше, чем «просто» строительный материал. Их исследования направлены на расширение существующих характеристик древесины таким образом, чтобы она подходила для совершенно новых областей применения. Например, они уже разработали высокопрочную, водоотталкивающую и намагничивающуюся древесину. Теперь вместе с исследовательской группой Empa, состоящей из Фрэнсиса Шварца и Хавьера Риберы, команда разработала простой и экологически безопасный процесс производства электроэнергии из древесной губки, о чем они сообщили на прошлой неделе в журнале Science Advances. Напряжение из-за деформации Если вы хотите производить электричество из дерева, в игру вступает так называемый пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектричество означает, что электрическое напряжение создается за счет упругой деформации твердых тел. Это явление в основном используется в метрологии, где используются датчики, которые генерируют сигнал заряда, например, при приложении механической нагрузки. Однако в таких датчиках часто используются материалы, непригодные для использования в биомедицине, такие как цирконат титанат свинца (PZT), который нельзя использовать на коже человека из-за содержащегося в нем свинца. Это также затрудняет экологическую утилизацию PZT и Co. Таким образом, возможность использовать естественный пьезоэлектрический эффект дерева дает ряд преимуществ. Если подумать, этот эффект также можно использовать для устойчивого производства энергии. Но в первую очередь древесине необходимо […]

Создания 3D-голограмм в реальном времени на смартфоне

Новый метод, называемый тензорной голографией, может позволить создавать голограммы для виртуальной реальности, 3D-печати, медицинской визуализации и т. д. — и он может работать на смартфоне. Несмотря на годы шумихи, гарнитуры виртуальной реальности еще не вытеснили телевизоры или экраны компьютеров в качестве устройств для просмотра видео. Одна причина: виртуальная реальность может вызывать у пользователей тошноту. В результате могут возникнуть тошнота и напряжение глаз, поскольку VR создает иллюзию трехмерного просмотра, хотя на самом деле пользователь смотрит на двухмерный дисплей с фиксированным расстоянием. Решением для улучшения 3D-визуализации может стать технология 60-летней давности, переделанная для цифрового мира: голограммы. Голограммы обеспечивают исключительное представление окружающего нас трехмерного мира. К тому же они красивые. Голограммы предлагают меняющуюся перспективу в зависимости от положения зрителя, и они позволяют глазу регулировать глубину фокуса, чтобы поочередно фокусироваться на переднем и заднем планах. Исследователи давно стремились создать компьютерные голограммы, но для этого процесса традиционно требовался суперкомпьютер для обработки физических симуляций, что отнимает много времени и может давать менее чем фотореалистичные результаты. Теперь исследователи Массачусетского технологического института разработали новый способ создания голограмм практически мгновенно, а метод, основанный на глубоком обучении, настолько эффективен, что, по словам исследователей, его можно запустить на ноутбуке в мгновение ока. «Раньше люди думали, что с существующим оборудованием потребительского уровня невозможно выполнять вычисления 3D-голографии в реальном времени», — говорит Лян Ши, ведущий автор исследования и аспирант кафедры электротехники и информатики Массачусетского технологического института (EECS). «Часто говорят, что коммерчески доступные голографические дисплеи появятся через 10 лет, но это заявление существует уже несколько десятилетий». Ши считает, что новый подход, который команда называет […]

Яркий электрический пикап — представил стартап Canoo

Нет, это не игрушка Duplo — то, что вы видите выше, является дизайном пикапа от калифорнийского стартапа по производству электромобилей Canoo (Кену). Обнаруженный в утечке на Reddit в среду, а затем впоследствии подтвержденный Reuters перед официальным раскрытием, поворотный электромобиль должен появиться не раньше 2023 года. К тому времени Cybertruck Tesla, электрический пикап Hummer, электрический F-150 Ford и пикап Rivian EV должен быть в дороге. Canoo заявила, что начнет принимать предзаказы на свой пикап позже в этом году, но не раскрыла подробностей о ценах. Сообщается, что стартап также ведет переговоры с другими государствами о создании «микрофабрики», на которой контрактный производитель будет производить автомобили. «Игрушечный» грузовик показывает, насколько далеко Canoo готова продвинуть дизайн автомобиля в стиле микроавтобуса, который впервые дебютировал еще в 2019 году и который изначально планировался продавать только по подписке. Тем не менее, Canoo претерпел множество изменений с момента дебюта этого первого автомобиля. Теперь это публичная компания после того, как в конце 2020 года она объединилась со специальной приобретающей компанией. Ее новый исполнительный председатель также переориентировал компанию на продажу коммерческих автомобилей на основе оригинальной конструкции фургона и технологической платформы, на которой он основан. Но все это не означает, что Canoo окончательно закончила попытки производить автомобили для обычных потребителей. Этот новый грузовик как бы объединяет две группы клиентов, отчасти благодаря тому, что он загружен всевозможными служебными функциями. На пикапе Canoo есть несколько откидных и откидных рабочих поверхностей, одна из которых находится в носовой части автомобиля, а другая — сбоку от кузова грузовика. Есть надставка, которую можно выдвинуть, чтобы сделать кровать на […]

Четвертая промышленная революция

Мы находимся в эпицентре того, что многие называют Четвертой промышленной революцией или Индустрией 4.0. Это время потрясений, масштабных изменений, возможностей и значительных рисков. Удачи будут меняться, компании терпят поражение, а новые компании восстанут из пепла. Как и во всех предыдущих революциях, мы лучше поймем, что мы можем сделать, и вероятно сделаем хуже в отношении баланса между работой и личной жизнью и важности семьи. Также существует значительный риск злоупотреблений и утраты нашей человечности. Последнее могло оказаться хорошим делом. Первые три промышленных революции Первая промышленная революция началась в 1760 году и как полагают закончилась 60 лет спустя. Это привело к рождению среднего класса, появлению профессиональных рабочих мест в больших масштабах, развитию инструментов производства (в основном текстильных), сельского хозяйства и горнодобывающей промышленности. Вторая промышленная революция началась в 1871 году и длилась около 43 лет. Здесь зародились быстрые перевозки (наземные и морские), проводная и беспроводная связь, а также электричество. Кроме того, у нас появилось производство, которое значительно увеличило скорость и дешевизну производства продуктов как для гражданского, так и для военного использования, что заложило промышленную основу для двух мировых войн. Последняя промышленная революция, которая началась в 1950-х годах и продолжалась до конца того столетия, ознаменовала рождение компьютеров, автоматизации, функциональной робототехники для производства, а также рождение и зрелость цифровой эпохи. Каждая революция оказывала глубокое влияние на рабочую силу, власть, доход, благополучие и баланс между работой и личной жизнью. Первые две революции, возможно, улучшили распределение богатства, устранили большую часть королевской семьи, значительно сократили рабство и передали власть в руки людей в большей части мира. Кто-то может возразить, […]