Л. В. Пигалицын, Народный учитель РФ

МОУ СОШ № 2, г. Дзержинск, Нижегородская обл.

levp@rambler.ru, www. levpi.narod.ru

Новости науки и техники

Китайские учёные снова поразили мировую науку новым изобретением. На этот раз речь пойдёт о соз-дании материала, который является на сегодняшний день самым лёгким в мире  он легче воздуха. Масса 1 см³ составляет 0,16 мг (для сравнения: плотность водорода всего лишь в два раза меньше).

Об этом стало известно из статьи популярного научного журнала «Advanced Materials». Как же китайские учёные этого добились? Путём удаления всей влаги из цепи углеродных нанотрубок, но при сохранении структуры самих нанотрубок. Это действительно прорыв в нанотехнологиях: американцам удалось получить 0,9 мг/ см³. Китайские учёные взяли пальму первенства в свои руки, ведь их материал в пять раз легче. Изобретение сделано учёными из Чжэцзянского университета в Ханьчжоу, которые продемонстрировали своё детище на конференции. Кубик вещества они поместили на лепесток вишни, и лепесток даже не колыхнулся. Такое изобретение заслуживает уважения!

Новому изобретению уже дали название «графеновый аэрогель». Именно этот материал будет в ближайшем будущем применяться для создания многих технических оборудований. Именно его планируют использовать в разработке средств, которые могли бы отслеживать летучие за-грязнения независимо от местонахождения: будь то в природной среде или же на производстве. Ведь этот материал рассчитан на поглощение вредных веществ в окружающей среде!

1. 
   Как сообщает «MIT Technology Review», не-давно компанией Freescale был создан крохот-ный микроконтроллер KL02 размером меньше обычного муравья  2 мм² (рис. 1), содержащий все компоненты полнофункционального компьютера: энергоэффективный процессор, накопитель и оперативную память. Это можно рассматривать как серьёзный шаг на пути к знаменитому «Интернету вещей» http://ru.wikipedia.org/wiki/Интернет_вещей. Концепция чипа KL02 первоначально родилась из идеи создания беспроводного устройства, достаточно маленького, чтобы его можно было легко проглотить и считывать показания, когда он уже внутри организма. Freescale в настоящее время предлагает чип для продажи и планирует разработку ещё более миниатюрных компьютеров, которые будут включать в себя сенсоры и беспроводные каналы связи.
   

Ультразвуковая технология, наподобие той, что используется на протяжении многих лет в воен-ных эхолокаторах, будет полезна для лечения сахарного диабета и сердечной недостаточности. Инновационной разработкой занялись учёные из университета в Буффало (США). Они наме-рены создать миниатюрные версии эхолокаторов, которые будут встраиваться внутрь челове-ческого организма и помогать в корректировке состояния больных.

Идея использования человеческого тела как своего рода беспроводного датчика актуальна уже более десяти лет. Однако инженеры в основном делали ставку на радиоволны, как в мо-бильных телефонах. Увы, опыт показал, что радиоволны хоть и эффективны для передачи дан-ных, но имеют множество недостатков, главные из которых: плохая проводимость через ткани тела, необходимость в постоянной подпитке большим количеством энергии. Потому сейчас исследователи предлагают использовать ультразвуковую технологию для беспроводной передачи информации от медицинских устройств, имплантированных в тело человека или закреплённых на нём. Ультразвук не имеет таких недостатков, как радиоволны. Он во многом гораздо эффективнее из-за особенностей строения организма человека, который на 65% состоит из воды. Потому такие устройства, как кардиостимуляторы, приборы для измерения кислорода работают гораздо чётче  как военные эхолокаторы, которые находят вражеские подводные лодки в океане. Кроме кардиостимулятора уделяется внимание созданию ультразвукового датчика сахара в крови, совмещённого с имплантированной инсулиновой помпой. В режиме реального времени датчик будет определять уровень сахара в крови и, если надо, впрыскивать инсулин.

На планете много больных сахарным диабетом и людей, страдающих сердечной недоста-точностью. Важно, чтобы эти люди успевали получать медицинскую помощь вовремя. А ультразвуковые датчики позволят передавать информацию о состоянии организма в режиме реального времени и неотложно начинать лечебные процедуры. В настоящее время перед учёными стоит несколько важных задач: спроектировать схемы передачи информации без перегрева, создать для имплантированных датчиков специальные протоколы передачи данных посредством ультразвука. Исследователи надеются решить эти проблемы в ближайшем будущем и повысить качество жизни больных людей.

До сих пор применяемый учёными фотоионизационный метод позволял заглядывать только в молекулы. Международная научная группа под общим руководством Анеты Стодольна (Aneta Stodolna) из лаборатории AMOLF Нидерландского фонда фундаментальных исследований сде-лала снимок атома водорода. В этом учёным помог метод, описанный советскими физиками Ю.Н. Демковым, В.Д. Кондратовичем и В.Н. Островским в 1981 г.

Получить картину происходящего внутри атома предельно сложно. Вместо точного «адреса» того же электрона квантовая физика предлагает нам описание его местоположения в виде вол-новой функции, дающей вероятность обнаружения частицы в том или ином месте. Теорети-чески волновую функцию можно предсказать, но как её обнаружить? Попытка прямого наблю-дения приводит к коллапсу, фактическому уничтожению функции с соответствующей потерей информации. Далее иллюстрации даны из работы группы А. Стодольны.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки

Таким образом, распределение электронов на плоском детекторе (экране), находящемся на некотором удалении от источника электронов, совпадает с волновой функцией, которую они имели перед тем, как лишились контакта с атомным ядром, покинув свои орбиты и отправившись в путешествие по камере. Ранее метод использовался лишь для получения «снимков» молекул, и только теперь в его поле зрения впервые попал отдельный атом.

Лондонская компания Bare Conductive Ltd создала электропроводящую краску, которая полу-чила название «Bare Paint». Это вещество позволяет наносить «жидкие провода» на любую поверхность (за исключением кожи), в частности на стены, для управления электрическим током.

Нетоксичная и высыхающая при комнатной температуре, эта краска может позволить созда-вать говорящие биллборды и даже стены, делая объекты на их поверхности интерактивными. Переключатель, нарисованный на бумаге, при прикосновении может включать подсветку, а прикоснувшись к объекту на постере, вы можете заставить его говорить.

Цель разработчиков краски  побудить широкие круги художников, дизайнеров и инженеров создавать новые неожиданные способы взаимодействия с их продуктами. Bare Paint — это пер-вая нетоксичная электропроводящая краска. Она полностью безопасна для детей и открывает двери для всевозможных обучающих проектов: от различных игрушек до чувствительной к прикосновению бумаги для рисования, способной издавать звуки и мелодии.

Нанокристалл со скоростью съёмки миллиард кадров в секунду

Изображение электронной активности в золоте даст учёным лучшее понимание поведения этого металла в экзотических условиях и может пригодиться при его использовании в новых технологиях. Для того чтобы сделать эту запись, экспериментаторы облучили золото импульсами инфракрасного света, которые повысили температуру атомов. В результате электроны начали «звенеть, как колокольчики», как выразился Джесси Кларк  ведущий автор статьи по этому эксперименту.

Затем команда исследователей использовала рентгеновский лазер, чтобы подсветить вибри-рующие электроны. Рентгеновские лучи в данном случае сработали как вспышка на камере, подсветив и «заморозив» всё движение атомов на любом отдельном снимке, оставлив дви-жущимися только электроны. Проводя видеозапись этих вибраций, учёные смогли сделать несколько важных наблюдений. Во-первых, к их собственному удивлению, оказалось, что вибрации происходят со сверхзвуковой скоростью: намного быстрее, чем ожидалось. Из-за этого кажется, будто движение начинается повсеместно и одновременно, но это некоторым образом иллюзия – подобно тому, как звуковой удар истребителя кажется движущимся позади самолёта. Чтобы объяснить эти быстрые колебания, учёные решили считать, что инфракрасный свет должен передаваться через электроны, окружающие атомы золота. Другие теории предполагают, что энергия может передаваться как через электроны, так и через ядра атомов, но это, по-видимому, не соответствует реальности.

Команда использовала золото потому, что оно является стабильным элементом и, по словам Кларка, как правило, «хорошо себя ведёт», в подобных экспериментах, практически не взаи-модействуя с окружающими веществами. Исследователи сделали трёхмерное видео из полу-ченных снимков, где демонстрируются подробные детали этих вибраций. Видео создано в масштабе пикосекунд (миллионных миллионной доли секунды; это настолько малый интервал, что даже свет за это время переместился бы меньше чем на 1 мм). Видео можно посмотреть по ссылке http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/56840.php.

Статья, посвящённая этой работе, публикуется в журнале «Science».

http://oko-planet.su/science/sciencenews/188995-nanokristall-so-skorostyu-semki-milliard-kadrov-v-sekundu.html
«Неправильное» поведение магнитного поля в солнечных вспышках обусловлено турбулентностью

После возникновения турбулентности обычные правила распространения альфвеновских волн [http://ru.wikipedia.org/wiki/Альфвеновские_волны], похоже не работают.

Когда солнечная вспышка, наполнен-ная частицами, извергается из солнечного нутра, её магнитное поле ведёт себе не так, как предсказывает наша с вами физика. «Вмороженное» магнитное поле и, соответственно, магнитные силовые линии должны утекать «в ногу» с этими частицами. Но линии эти, напротив, часто разрываются, а затем быстро пересоедняются, причём таким образом, что всё это давно уже вводит астрофизиков в краску. (Все иллюстрации в заметке сделаны NASA / SDO, JHU.)

В исследовании, предпринятом под руководством Грегори Аинка (Gregory Eyink) из универси-тета Джонса Хопкинса (США), предположительно содержатся ключи к пониманию того, почему это происходит. Теорема вмороженного потока [http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Межпланетная среда/], которой пользуются для объяснения поведения магнитных полей в плазме, появилась 70 лет назад благодаря Альфвену Ханнесу. Вот её основная идея: магнитные силовые линии распространяются вдоль движущихся потоков вещества и неотъемлемы от него в той же степени, что берега от реки. Вот и получается, что за обозримое время они не могут быть «разорваны» или пересоединены.

Но некоторое время назад стали замечать, что в действительности пересоединение происходит, причём в случае вспышек на Солнце для этого зачастую хватает четверти часа, а не нескольких миллионов лет, как следует из теоремы. «Большой проблемой астрофизики стало то, что никто не может объяснить, почему вмороженный поток работает в некоторых случаях и не работает в прочих», — сокрушается Грегори Аинк.

Учёные попытались смоделировать процессы, происходящие в солнечной плазме при наблюдаемых быстрых пересоединениях. Симуляция показала, что как только плазма становится турбулентной, вмороженный поток перестаёт существовать. На первый взгляд это странно: ведь с ростом турбулентности плазмы её проводимость даже увеличивается, то есть должно быть прямо наоборот, и роль вмороженного потока для таких случаев, по идее, выше. «Фактически же он перестаёт работать вообще, — подчёркивает учёный. — Ещё бóльшим сюрпризом оказалось совершенно случайное движение магнитных силовых линий при турбулентности. Я не говорю «хаотичным» (речь не о хаосе). Линии обретают столь же непредсказуемое поведение, как и квантовая механика. Вместо того чтобы течь в упорядоченной, детерминированной манере, они загибаются в сторону, словно взбаламученный столб дыма».

Нельзя сказать, чтобы довольно сложная модель поведения Солнца во время вспышек, выстроенная исследователем и его группой, удовлетворила всех. Многие учёные по-прежнему ищут другое объяснение происходящему. Однако г-н Аинк убежден: «Я думаю, мы смогли убедительно показать, что турбулентность сама по себе без влияния посторонних факторов может отвечать за разрыв силовых линий магнитного поля». Заметим, что именно пертурбации магнитного поля на Солнце отвечают за такие события, как недавняя магнитная буря на планете, поэтому понимание столь драматических процессов, происходящих в солнечной короне, жизненно важно для прогнозирования воздействий этих событий на Землю.

Уже к концу этого года система искусственного интеллекта, работающего на новой модели квантового компьютера компании D-Wave, окажет суще-ственную помощь ученым NASA, занимающимся поиском и изучением далеких миров. На основе этой же системы искусственного интеллекта специалисты компании Google также собираются создать новые квантовые алгоритмы высокоэффективной поис-ковой системы. Американское космическое аген-тство и компания Google присоединились к растущему списку клиентов канадской компании, которые в ближайшее время начнут использовать последнюю модель квантового суперкомпьютера D-Wave Two, не взирая на вялые волны скептицизма по этому поводу со стороны некоторых экспертов в области квантовых вычислений.

Квантовый компьютер D-Wave Two является вычислительной системой, ядро которой сос-тавляют 512 квантовых бита (кубита). Согласно планам, новый компьютер начнёт работать в течение следующих 6 месяцев в стенах Лаборатории квантового искусственного интеллекта (Quantum Artificial Intelligence Lab), основанной NASA, компанией Google и университетской Ассоциацией космических исследований (Universities Space Research Association, USRA).

Вот что рассказывает по этому поводу Хартмут Невен (Hartmut Neven), один из директоров компании Google: «Мы полагаем, что технологии квантовых вычислений позволят нам успешно производить расчёты самых тяжёлых в вычислительном плане задач, особенно в области ком-пьютерного самообучения и искусственного интеллекта. Система, которая имеет возможность самообучаться, сможет самостоятельно создать в своих недрах наиболее точные и подробные математические модели, на основании которых могут быть сделаны точные расчёты и предсказания. К примеру, если мы ищем новые методы лечения, то нуждаемся в более точных моделях зарождения и развития заболеваний, если мы занимаемся экологическим прогнозированием, то нам нужны точные модели, описывающие изменения климата. А если мы создаем эффективную и совершенную поисковую систему, то нам необходима технология, которая позволит полностью понять обычную разговорную речь, используемую в запросах».

Сотрудники новой лаборатории будут заниматься претворением в жизнь озвученных выше и множества других идей, исполь-зуя вычислительные мощности квантовых компьютеров D-Wave. Монтаж квантового компьютера D-Wave Two уже начался в помещении Исследо-вательского центра NASA име-ни Эймса в Калифорнии, кото-рый располагается совсем рядом со штаб-квартирой компании Google в Маунтин-Вью.
Специалисты Лаборатории квантового искусственного интеллекта, прежде чем принять окон-чательное решение и подписать приемочные акты, подвергли квантовый компьютер D-Wave Two процедуре строгого тестирования. Одним из ключевых требований было то, что компьтер D-Wave Two должен был продемонстрировать на некоторых оптимизационных задачах произ-водительность, в 10 тысяч раз превосходящую производительность вычислительных систем, построенных на базе обычных кремниевых процессоров. Помимо этого, компьютер D-Wave Two продемонстрировал преимущество и при решении ряда стандартных задач, входящих в состав теста SAT.

Согласно имеющейся информации, даже такие гиганты как NASA и Google не смогут набрать столько «тяжёлых» задач, чтобы загрузить полностью компьютер D-Wave Two. Поэтому USRA планирует сделать вычислительную систему D-Wave Two доступной для использования иссле-дователями и учёными множества академических научных учреждений, что, по их мнению, должно значительно уменьшить скептицизм по поводу этих квантовых компьютеров.

Приобретение нового квантового компьютера D-Wave Two NASA и компанией Google следует буквально по пятам за приобретением в этом году точно такой же системы за 10 миллионов долларов известной оборонной компанией Lockheed Martin. Помимо этого, компания Lockheed Martin заказала компании D-Wave модернизацию до уровня D-Wave Two квантового компью-тера D-Wave One, который был приобретён ранее.

http://oko-planet.su/science/sciencenews/188047-kompaniya-google-i-nasa-sobirayutsya-stroit-buduschee-ispolzuya-iskusstvennyy-intellekt-kvantovogo-kompyutera.html
«Термоядерный» генератор Росси «убедил» учёных

Опубликованы данные последних экспериментов по изучению необычного генератора Росси, который обещает энергетическую революцию. Напомним, что в 2009 г. Росси подал заявку на патентование своего устройства, которое в ходе экзотермической реакции между никелем и водородом производит медь. По заявлению Росси, это фактически термоядерный реактор, работающий на основе низкоэнергетической термоядерной реакции, который в ходе трансмутации металлов выделяет много тепла. Росси ожидал мирового признания, но получил сомнительную славу авантюриста, поскольку не сумел сразу предоставить убедительных доказательств работоспособности своего устройства.

С тех пор Росси пытается реабилитироваться и параллельно производит прототипы для испытаний, в частности он заявлял, что его устройство тестирует Пентагон. Недавно учёные из Италии и Швеции опубликовали документ, в котором описаны эксперименты с установкой LENR. Подробное описание позволяет повторить эксперименты и убедиться в работоспособности генератора.

Известный исследователь низкоэнергетических ядерных реакций (LENR) Джед Ротвелл уже дал положительное заключение по поводу последних публикаций об исследовании устройства скандально известного изобретателя Андреа Росси. Джед Ротвелл отмечает, что экспериментаторы не теоретизировали по поводу природы реакции в установке Росси, а лишь подтвердили, что установка действительно работает и вырабатывает энергию, причём много энергии.

Проводились два эксперимента с двумя различными генераторами. На одном генераторе удалось получить на выходе 62 кВтч при потреблении 33 кВтч. При этом плотность тепловой энергии составила 610⁷ Вт/кг. На втором генераторе выход энергии составил 160 кВтч, а её плотность 6,810⁵ Вт/кг.

Разницу в результатах, полученных на двух разных генераторах, учёные объясняют разным способом подсчёта исходной массы топлива. Тем не менее, плотность энергии, которую может произвести установка Росси, работающая на никеле и водороде, составляет не менее (7,93 ± 0,8) 10² МДж на литр объёма ядра LENR-реактора. Другими словами, по соотношению габариты/мощность реактор минимум на порядок эффективнее, чем любой из существующих источников энергии. При этом в ходе эксперимента ни один генератор не исчерпал своё топливо – они были выключены принудительно, хотя скорее всего могли выдать ещё больше энергии.

В настоящее время планируется новая серия экспериментов, на этот раз долгосрочных. Начнутся они летом и наверняка станут поводом для новых дискуссий. Не исключено, что работоспособность LENR окончательно подтвердится, и эпоха урана, нефти и газа закончится, а топливом нового поколения станет водород и никель. Прогресс в этой области обещает быть быстрым, ведь работоспособная установка LENR имеет массу преимуществ: высокая мощность при малых габаритах, радиационная безопасность и простая логистика: водород можно вырабатывать при помощи энергии самой реакции, а металл транспортировать гораздо проще, чем уран или сжиженный газ.