Технологии и материалы

На основе желатина с магнитными микрочастицами оксида железа китайские ученые создали образец миллиробота, который может катиться, удерживать мелкие предметы и преодолевать препятствия. Изменением магнитного поля удалось заставить его обнять мелкий предмет, перекатиться с ним внутри объемной модели желудка и оставить предмет в точке назначения. Это значит, робот сможет перемещать твердые лекарственные средства в пищеварительной системе. Он растворяется в обычной воде за пару суток и представляет собой привлекательную альтернативу неразлагающимся полимерам.

Скальные муравьи парами обучают друг друга на собственном примере. Группа биологов Бристольского университета решила проверить, правильно ли они понимают поведение этих насекомых. Она построила робота, который смог вести за собой рабочего муравья. Ученые оборудовали арену площадью в квадратный метр и организовали на ней две гнездовые ямки. Робот смог научить муравья самостоятельно находить дорогу между ними. Это подтвердило сравнение поведения обученных муравьев с необученными, которых просто переносили в неизвестную им гнездовую ямку. Первые находили путь назад гораздо быстрее вторых.

Группа американских робототехников создала пневматическую руку из текстильных материалов. Ее дополняют поясной воздушный баллон из них же и ножной насос. Он также частично выполнен из текстиля и легко встраивается в подошвы ботинок. Надетая на манекен, рука способна поднять груз весом в несколько килограмм. Известно, что в США сейчас проживают двадцать пять миллионов человек, которым трудно поднять такой вес. Все компоненты системы обошлись всего в 20 долларов. Технологии производства включают обычные для текстильной промышленности резку, свертку, прессовку и сварку материалов.

Команда физиков из нескольких европейских университетов продемонстрировала возможность недорогой миниатюризации инфракрасного детектора. Ученые впервые представили работающий прототип ИК Фурье-спектрометра с квантовыми точками в качестве приемной головки. Если технологию удастся запустить в массовое производство, то прибор станет карманной химической лабораторией. Она сможет вести экспресс-контроль качества пищи, определять вредные химические загрязнения, мониторить чистоту воздуха, выявлять газы на производствах и даже обнаруживать поддельные лекарства. Подходы авторов работы можно будет применить и для миниатюризации рамановских спектрометров, биодатчиков, а также для создания высокоразрешающих видео- и фотокамер, в каждый элемент изображения которых встроен свой спектрометр.

С помощью сверхскоростного сканирующего электронного микроскопа группа физиков экспериментально изучила свойства носителей тока в совершенных кубических кристаллах арсенида бора, выращенных в лаборатории Хьюстонского университета. Исследователи смогли детально по времени и пространству измерить диффузию носителей, возбужденных фемтосекундным лазером в кристаллической мишени. Ученые обнаружили, что электроны кристалла остаются в возбужденном состоянии гораздо дольше, чем в обычных полупроводниках, что хорошо согласуется с высокой теплопроводностью арсенида бора. Результаты работы дают надежду на создание на нем солнечных батарей с высоким КПД.

Физики университета штата Пенсильвания внесли изменения в конструкцию серийной литий-ионной батареи, вставив внутрь ультратонкую никелевую фольгу. Это позволило автоматически в режиме реального времени регулировать температурный режим заряда. Эта оптимизации электрохимических реакций сильно сокращает его время. Инженеры за 12 минут заряжали батарею до 75% емкости и смогли сделать это более 900 раз, что эквивалентно пробегу в 800 тыс. км. Быстрая зарядка в пути позволит втрое понизить емкость средней автомобильной батареи.

Шведские ученые разработали и построили чип, который преобразует монохромное лазерное излучение в так называемую частотную гребенку, то есть набор излучений сотен длин волн. Это позволит заменить тысячи инфракрасных лазерных диодов в оптоволоконных линиях одним диодом с электронно-оптическим чипом для введения полезных сигналов. Прорывная технология резко увеличивает скорость передачи и объем передаваемых через интернет данных. Исследователи экспериментально продемонстрировали трансляцию информации на расстояние в 7,9 км с помощью 223 частот одного лазера через волновод с 37 каналами. Ее скорость в тысячу раз превысила скорость лучших современных технологий.

Еда, подвергнутая ионизирующему излучению, — это не последствие ядерной аварии. Наоборот, такая еда представляет собой продукт высокой технологии, которая сохраняет свежесть продуктов, а поварам расширяет границы фантазий. Пока что облученной пищи в мире немного, сотни тысяч тонн в год, в РФ ее и вовсе не делают. Однако рынок растет со скоростью 4% в год. Что же это за пища, зачем облучают продукты и как контролировать процесс?

Швейцарские материаловеды придумали покрытие для пола, которое может преобразовывать шаги человека в электричество.

ИИ уже всерьез влез в процессы найма сотрудников на работу. И это не есть хорошо. Во всяком случае, исследователи Кембриджского университета уверены, что утверждения, будто ИИ может повысить разнообразие на рабочем месте, — ложные и опасные.

Нанооптики Гарвардского университета построили зеркало из алмаза, одного из самых твердых земных кристаллов. Для этого на поверхность его тонкой пластины нанесли наноструктуры специфической формы. Сегодня большинство лазерных зеркал, служащих для отражения и перенаправления излучения мощных непрерывных лазеров представляют собой многослойные диэлектрические покрытия из пленок с разными показателями преломления. Эксперимент показал, что алмазное зеркало может без разрушения выдержать многократное облучение армейского лазера, способного прожигать сталь. Этот непрерывный инфракрасный лазер мощностью 10 киловатт оптики фокусировали в пятно диаметром 750 микрон. Многослойное зеркало в таких условиях быстро разрушалось.

До сих пор физики изучали эффекты нелинейного смешения частот в основном у волн видимого и близких к нему диапазонов электромагнитных излучений. Группа германских исследователей впервые получила новый вид четырехволнового взаимодействия с участием ультракоротких импульсов мягкого рентгеновского и инфракрасного излучений, которое происходило в монокристаллах LiF. При этом энергия двух ик-фотонов перекачивалась в один рентгеновский фотон и наоборот. Оказалось, что во взаимодействии участвуют внутренние электронные оболочки атома лития. Результаты работы представляют как фундаментальный, так и прикладной интерес.

Команда специалистов по неорганической химии и квантовой физике синтезировала новый трехъядерный кобальтовый комплекс и на ядерном магниторезонансном спектрометре выяснила его температурную чувствительность, которая оказалось на порядок выше средней. МРТ-сигнал от внедренных в тело комплексов может сообщать о мизерных сдвигах температуры, то есть новая молекула будет высокочувствительным неинвазивным термометром. Это, например, поможет врачам определить границы злокачественной опухоли, чтобы затем с молекулярной точностью удалить лазерным испарением окружающие ее ткани. Ученые полагают, что новое магнитное вещество можно использовать не только в медицине, но и при разработке квантовых компьютеров.

Ученые университета Хиросимы впервые предложили извлекать кремний и его оксид из рисовой шелухи, сто миллионов тонн которой мир производит ежегодно. Новая технология позволила выделять из шелухи весь оксид кремния и 86% из него преобразовать в нанокремний. Химики также успешно прошли весь производственный цикл изготовления кремниевых квантовых точек и получили светодиоды с рабочим слоем из них. Точки люминесцировали в оранжево-красном свете (680 нм) с эффективностью выше 20% от вложенной энергии возбуждения. Авторы уверены, что их технологию можно применить к сахарному тростнику, бамбуку, ячменю, пшенице, даже травам.

Материаловеды моделируют явления в кристаллах с помощью коллоидных парамагнитных частиц во вращающемся магнитном поле. В последних экспериментах частицы полистирола, покрытые оксидом железа, образовывали различные двумерные структуры. Это позволяет понять фазовые переходы на атомных масштабах, так как коллоидные частицы собираются в кластеры аналогичные зернам поликристаллов. Эксперимент показал, что газовая и твердая фазы в них сосуществуют друг с другом. Результаты моделирования позволяют разрабатывать новые материалы и улучшать свойства старых за счет управления границами поликристаллических зерен. Ученые планируют также изучить отжиг, процесс многократных нагреваний и охлаждений, который обычно используют для устранения дефектов в кристаллах.

Физики изменили ответное излучение подкожного флуоресцентного датчика так, чтобы легко отличать его отклик от сигналов окружающих тканей. Для этого сенсор возбуждали смесью трех лазерных излучений с меняющейся частотой. За счет нелинейных эффектов он флуоресцировал на удвоенной частоте возбуждения, которая и служила его маркером. Подход универсален потому, что удвоение частоты работает на любом флуоресцентном датчике при любых длинах волн лазерной накачки. Это позволит, например, увеличить сигнал от углеродных нанотрубок, из которых делают сенсоры на пероксид водорода, рибофлавин и аскорбиновую кислоту. Так при лечении злокачественных опухолей можно будет отслеживать эффективность лекарств.