Технологии и материалы

Профессор Багхбан из Норвежского университета наук и технологии предлагает использовать бетон в качестве хранилища переработанной резины из автомобильных покрышек и прочих отходов. Данный метод также позволит сократить потребление песка. Да-да, песка: оказывается, это совсем не бесконечный ресурс.

Запись активности групп нервных клеток в течение длительного времени необходима нейрофизиологам для изучения нейронных связей и цепей, создания новых методов лечения и интерфейсов мозг–компьютер. Междисциплинарная группа исследователей разработала мягкий мозговой имплантат с десятками датчиков. Биологически совместимое устройство способно в течение нескольких месяцев каждую миллисекунду регистрировать активность нервных клеток с разрешением до одного нейрона мозга. В физиологических растворах новые зонды более года показывали стабильные диэлектрические характеристики. На опытах с мышами датчики в течение нескольких месяцев записывали нейронную информацию головного и спинного мозга мышей без нарушения поведения животных.

ChatGPT от фирмы OpenAI непрерывно завоевывает новые сферы применения. Разобраться в его преимуществах и недостатках при создании научного обзора решила группа американских медиков. Они использовали три разных подхода к подготовке начальных вариантов текстов — только люди, только чат-бот, совместно. На протяжении всего процесса ученые количественно оценивали преимущества и недостатки подходов, а также выясняли общее время, затраченное на работу. В текстах от ChatGPT до 70 % ссылок были неверны, а в его совместном творчестве с людьми содержался явный плагиат. Были и другие недостатки. Авторы отмечают, что плохо владеющие английским языком ученые могут использовать чат-бот для перевода и улучшения текста. Общий вывод в том, что при написании статей ChatGPT можно использовать лишь для помощи автору и только при тщательном контроле.

Одна из проблем протезов и искусственной сетчатки глаза, состоит в кодировании данных. Это оптимальное преобразование информации датчика в набор сигналов, которые прочитает нервная система. Данные обычно сжимают с помощью стандартных алгоритмов. Швейцарские исследователи применили для кодировки машинное обучение, смоделировав передачу данных с помощью двух обучаемых нейросетей, и успешно протестировали уменьшенные изображения на цифровом двойнике глаза и сетчатке мышиных глаз. Особенно хорошо алгоритм справился с поиском оптимальной контрастности изображений. Сейчас авторы исследуют применимость модели к зрению человека. Они также намерены адаптировать свой метод к слуховым протезам и протезам конечностей.

Квантовые компьютеры пока несовершенны и склонны к потере информации, которую надо переводить в классическую форму, необходимую для дальнейших манипуляций. Названными недостатками не страдают классические компьютеры, часто используемые для повторения и проверки квантовых вычислений. Группа ученых создала методы вычислений, которые позволяют имитировать квантовые вычисления с много меньшими вычислительными ресурсами, чем прежде. Прорыв достигнут с помощью алгоритма, сохраняющего лишь часть информации, хранящейся в квантовом состоянии. Методы оказались более быстрыми и точными, чем вычисления на 127-кубитном квантовом процессоре фирмы IBM. Алгоритм может моделировать динамику квантовых физических явлений. Авторы уверены, что есть масса возможностей улучшить и классические, и квантовые вычисления, а классические компьютеры пока превосходят квантовые.

На базе сплава с памятью группа инженеров создала универсальный микропривод для роботов и построила двух роботов: мини-жука и водомерку. Жук стал самым легким ползающим микророботом из известных, водомерка — самым легким роботом из движущихся по воде за счет ее поверхностного натяжения. Они способны перемещаться со скоростью в 6 мм/сек. Исследователи надеются точнее копировать движения реальных насекомых и разработать на приводе робота, передвигающегося по поверхности воды и под ней. Инженеры работают над применением крошечных батареек и каталитического горения как источников питания. Роботов планируют использовать для искусственного опыления, поисково-спасательных операций, мониторинга окружающей среды, микрохирургии и пр.

В сравнении с животными и человеком движения самых современных роботов неуклюжи. Поэтому их разработчики постоянно ведут исследования на стыке биологии и механики. Инженеры Токийского университета создали модель биогибридного робота с ногами из искусственных материалов и живых жгутов мышечной ткани, который имитирует человеческую походку и может работать в воде. При подаче на его мышцы электрического тока робот шагает со скоростью 5,4 мм/мин. Полный оборот он может совершить за несколько минут. Авторы надеются снабдить двуногого робота суставами и более толстыми мышцами, чтобы он смог совершать сложные и мощные движения.

Масс-спектрометры, которые точно определяют состав разных веществ, широко применяют в криминалистике, токсикологии, георазведке и пр. Однако эти приборы громоздки и дорогостоящи, а основной их элемент, масс-фильтр, в котором электромагнитное поле сортирует заряженные частицы, дорог. Физики за один шаг напечатали на 3D-принтере миниатюрный квадрупольный масс-фильтр длиной 12 см с исключительными характеристиками. Материалом всех деталей служила термостойкая стеклокерамическая смола, а себестоимость составила всего несколько долларов. Ученые поставили фильтр в серийный масс-спектрометр и обнаружили, что он дает более высокое разрешение по сравнению с серийными типами миниатюрных фильтров. Видимо, вскоре компактные масс-спектрометры станут массовым инструментом. Их можно будет запускать в ближний и дальний космос, а экологи и вулканологи смогут быстро производить анализ состава атмосферных газов.

Международная группа ученых продемонстрировала компактный ускоритель электронов длиной менее 20 м, который производит электронный пучок с рекордной энергией 10 ГэВ. Новый прибор принадлежит к типу ускорителей Вейкфилда, в которых мощный лазер нагревает гелий до состояния плазмы и порождает в нем электронный пучок. Физики нашли способ увеличить энергию пучка методом впрыскивания металлических наночастиц. С помощью прибора можно проверять воздействие радиации на космическую электронику, получать трехмерные изображения полупроводниковых чипов, разрабатывать способы лечения рака и пр. Ученые подали патентную заявку.

Соединительные ткани человеческого организма, кости, хрящи, сухожилия, кожа и связки обладают пьезоэлектрическими свойствами, то есть при деформации генерируют электрический заряд. Пьезоэлектриками являются и полимеры бактериального происхождения. Они биосовместимы и биоразложимы, поэтому интересны для создания матриц для выращивания живых тканей и имплантатов. Ученые МГУ с коллегами разработали новые пьезоактивные биоматериалы, адгезией бактерий к которым управляет магнитное поле. Материалы с наночастицами имитируют структуру и свойства соединительной ткани, которая состоит из переплетенных полимерных волокон. Способность управлять поведением живых клеток ученые исследовали на бактериях двух видов: грамотрицательных E. coli и грамположительных Lactobacillus fermentum.

Химики синтезировали стабильные полициклические ароматические углеводороды, модифицированные ацены разной длины с настраиваемым диапазоном светового излучения. Легированные ацены люминесцировали в растворе и в твердом состоянии. Они излучали красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий свет. Водные суспензии таких веществ привлекательны для медикобиологических применений, в частности изучения процессов в человеческих тканях. Светоизлучающие диоды на аценах пригодятся для телевизионных и компьютерных экранов, поскольку потребляют мало энергии и дают яркое изображение.

Полупроводниковые лазеры нужны везде: в микроэлектронике, смартфонах, для оптоволоконной связи. Недавно физики разработали миниатюрное гибридное устройство, которое преобразует свет такого лазера и выдает высококачественное излучение. В гибридном чипе из нитрида кремния ученые объединили лазер и резонатор с малыми потерями, который может излучать в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах. Чип также способен генерировать вторую гармонику света, исходящего от лазера. Крошечный прибор изготавливают с помощью стандартной экономичной технологии. Эффективная и дешевая она открывает двери для широкого спектра применений, например точного измерения расстояний или разработки компактных атомных часов.

Недавно в МГУ разработали оптическую методику, позволяющую определить состав камней в живой почке пациента. Это важно для литотрипсии — процедуры, при которой камни дробятся с помощью лазерного инфракрасного излучения непосредственно в почках.

Биологи активно работают над биороботами из живых клеток. В новой работе ученые получили биороботов размером от 30 до 500 микрон из клеток трахеи человека и даже смогли создать целый рой биороботов с различными типами движения. Авторы работы планируют применять их для лечения людей, поэтому провели эксперименты по заживлению ран с их помощью. Медиков стимулирует то, что биороботы, приготовленные из собственных клеток больного, не вызовут иммунный ответ, а организм сам сможет легко их вывести.

Большие языковые модели, обученные на мириадах слов и изображений, иногда кажутся разумными существами, способными затмить человеческий разум. Однако термин ИИ не соответствует действительности. Психологи решили узнать, насколько продуктивно модели вроде ChatGPT используют наборы данных, созданных людьми. Учёные изучили, как способность систем ИИ к имитации и инновации отличается от таковой у детей и взрослых. Авторы исследования предлагают альтернативную точку зрения на ИИ, как на новую культурную технологию.

ChatGPT становится все более популярным, однако пользователи обнаруживают в нем проблемы, которые выглядят несовместимыми со свойствами высокого интеллекта. Учёные исследовали его способности к поиску истины в конструктивном диалоге. В экспериментальных дебатах пользователь намеренно возражал, если чат-бот давал правильный ответ. Вопросы задавала не зависимая от отвечающей модель ChatGPT. Исследователи провели эксперименты с широким спектром задач, который включал математику, логику и здравый смысл. Учёные также измерили уверенность чат-бота в ответах на заданные вопросы. Исследование было представлено на прошлогодней сингапурской конференции по эмпирическим методам в обработке естественного языка.