Сегодня 05 июня 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → метаматериал

T-1000 всё ближе — рой микроботов научили быть твёрдым или текучим по команде

Учёные из США создали микророботов, имитирующих материал с переменными свойствами — он может быть твёрдым, податливым и даже текучим, как вода. Идея была подсмотрена у природы на примере эмбриональных клеток. Из скопления однородных клеток возникает живой организм с разнообразными органами, отличающимися как по твёрдости, так и по назначению. Рой роботов с подобными свойствами может преобразить жизнь и сделать фантастику реальностью.

 Художественное представление перехрда микророботов из «жидкого» состояния в твёрдое. Источник изображения: UCSB

Художественное представление перехода микророботов из «жидкого» состояния в твёрдое. Источник изображения: UCSB

Исследователи эмбриональных клеток выделили три ключевых момента, которые определяют их превращение в зрелый организм. Во-первых, это активное влияние и даже давление соседних клеток друг на друга в процессе эволюции организма. Во-вторых, биохимические сигналы между соседними клетками, координирующие их действия как единого целого. В-третьих, способность клеток соединяться или слипаться, создавая единый организм.

На основе этих принципов учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) разработали микророботов. Они были изготовлены в количестве 20 штук в виде небольших шайб. По внешнему периметру каждого робота расположили восемь моторов с шестернями для сцепления при контакте и для движения в группе. Также роботы были оснащены магнитами для мягкого сцепления. Наконец, все они имели поляризационные фильтры и датчики света для приёма команд.

 Источник изображения: Science 2025

Источник изображения: Science 2025

Исследователи показали, что роботы могут по команде формировать устойчивую группу, которую невозможно просто так разрушить внешним воздействием. Однако по другой команде эта же группа становится буквально текучей, позволяя предмету проходить через неё. Система светового управления позволяет роботам коллективно перемещать предметы, менять конфигурацию группы и регулировать её твёрдость в зависимости от поставленных задач.

Учёные уверены, что если создать тысячи подобных механизмов и сделать их достаточно маленькими, то терминатор T-1000 из фильма «Терминатор 2: Судный день» сможет сойти с экрана и превратиться из вымысла в реального робота, состоящего из тысяч крошечных ботов. Они будут способны по команде или под влиянием обстоятельств изменять свою структуру в широчайших пределах.

Учёные нащупали путь к созданию настоящей мантии-невидимки — создан материал с отрицательным преломлением света

Международная группа учёных впервые показала возможность простой реализации так называемого отрицательного преломления света, когда свет при переходе через границу разделения сред вопреки всем законам оптики преломляется в иную сторону. Это не чудо. Явление было теоретически обосновано около 60 лет назад. Но для его реализации использовались метаматериалы, что сложно и работает не до конца. Учёные доказали, что всё может быть намного проще.

 Источник изображения: Lancaster University

Источник изображения: Lancaster University

Как известно, свет — фотоны — взаимодействуют с веществом в основном посредством электрической составляющей, а не магнитной. Фотоны определённой длины волны поглощаются электронами в атомах, электроны переходят на новый энергетический уровень и затем уже возбуждённые испускают фотоны, возвращаясь в прежнее состояние, а фотоны летят дальше в направлении, предписанном им природой.

Коллектив учёных из британского Университета Ланкастера (Lancaster University) и японской NTT Basic Research Laboratories атом за атомом создал такое состояние кристаллической структуры, в которой за взаимодействие с фотонами отвечал коллектив атомов, а не каждый отдельный из них, как в природе. В связь со светом вступала фактически чистая кристаллическая решётка — некий материал, а не метаматериал — конструкт, подверженный дефектам и эффектам поглощения излучения с переводом его в тепло и сопутствующими потерями. Очевидно, новый метод со всех сторон выигрышный, хотя его реализация не так проста, как представляется на первый взгляд.

По сути, речь идёт о создании атомных матриц. Они создаются под строгим контролем и управлением, обеспечивая всегда один и тот же результат. В поставленном опыте исследователи выстраивали атомы в условную периодическую кристаллическую решётку, захватывая их в ловушки стоячей волной светового излучения. Учёные описали это как «коробку из-под яиц», сделанную из света.

Профессор Янне Руостекоски (Janne Ruostekoski) из Университета Ланкастера сказал: «В таких случаях атомы взаимодействуют друг с другом через световое поле, реагируя коллективно, а не независимо. Это означает, что реакция отдельного атома больше не является простым руководством к поведению всего ансамбля. Вместо этого коллективные взаимодействия приводят к появлению новых оптических свойств, таких как отрицательное преломление [света], которые невозможно предсказать, исследуя отдельные атомы индивидуально».

Привлекательность отрицательного преломления света заключается в его потенциально революционных применениях, таких как создание совершенных линз или суперлинз, способных фокусировать и получать изображения за пределами дифракционного предела, включая полупроводниковую литографию с разрешением менее нанометра, или разработка маскирующих устройств, которые делают объекты невидимыми.

Учёные вдохновились кальмарами и создали магнитный дисплей, которому вообще не нужна электроника

Кальмары и головоногие в целом обладают удивительной кожей, которая может менять рисунок по их желанию, что помогает при маскировке, охоте и поиске партнёров. Учёные из Университета Мичигана вдохновились этой особенностью моллюсков и создали чувствительный к магнитным полям пигментный дисплей, для работы которого не нужно никакой электроники.

 Источник изображения: Jeremy Little/Michigan Engineering

Источник изображения: Jeremy Little/Michigan Engineering

«Это один из первых случаев, когда механические материалы используют магнитные поля для кодирования на системном уровне, обработки информации и вычислений», — поясняют разработчики. Сегодня для подобных и других интересных целей изобретаются метаматериалы, фактически инженерные решения, состоящие из набора материалов и конструкций. Обычно они достаточно сложные для масштабирования в сторону уменьшения размеров, что затрудняет использование метаматериалов в вычислительной технике и системах отображения. Учёные из Университета Мичигана обошли это ограничение, представив лёгкий и гибкий дисплей, реагирующий только на магнитные поля.

Кожа кальмаров с клетками-хромотофорами понадобилась учёным как пример того, на какое разрешение дисплея лучше всего опираться, чтобы изображение нормально воспринималось человеческим зрением. У моллюсков просто были позаимствованы размеры природных «пикселей». Придуманный учёными метаматериал опирался совсем на другие принципы работы.

В некотором роде исследователи изобрели дисплей E Ink, только на свой лад. Если электронные чернила у компании E Ink — это пигментная взвесь, реагирующая на полярность электромагнитного поля (заряд на управляющей матрице), то в случае магнитного дисплея использовались так называемые частицы Януса. Это широкий спектр материалов, обладающих двумя и более отличающимися свойствами. Простейшим примером частицы Януса можно назвать стрелку компаса. У разных концов стрелки разная полярность и можно заставить магнитом поворачиваться её так или иначе.

Созданные в Университете Мичигана частицы Януса с одной стороны состояли из ферромагнитных микрочастиц неодима (NdFeB) и суперпарамагнитных наночастиц оксида железа (SPION), а с другой — из такого пигмента, как оксид титана (TiO2). Соответственно, с одного конца они были оранжевыми, а с другого — белыми. Меняя полярность поднесённого к экрану магнита, можно было сделать его оранжевым или белым, а если расположить за экраном несколько маленьких магнитов заданным образом, то можно было закодировать изображение — намагниченные частички при встряхивании просто собрались бы у магнитов с подходящей полярностью.

Нюанс использования частичек с NdFeB и SPION в том, что неодим реагировал на сильное магнитное поле, а железо — на слабое. В слабом поле с помощью специального ключа — рисунка из магнитов под экраном, дисплей показывал секретное изображение, невидимое при нахождении над сильным магнитом. Таких ключей может быть несколько со своей конфигурацией магнитного рисунка и в каждом случае будет своё изображение.

Учёные полагают, что таким образом можно записывать штрих-коды на рабочую одежду и другую информацию, которую невозможно взломать или вскрыть, ведь устройство не имеет электронной части. Помещение экрана в сильное магнитное поле возвращает общую «неодимовую» картинку, скрывая секретную «железную». Такой дисплей не нуждается в питании и электронике, что может найти своё применение.

Учёные предложили хранить данные в 100-нм магнитных доменах — это сулит прорыв в нейросетях и не только

Учёные из Германии первыми продемонстрировали возможность хранения целых последовательностей битов в цилиндрических магнитных доменах размером всего 100 нанометров. Благодаря этому можно будет создавать новые типы хранилищ данных и датчиков, а также магнитные устройства для создания нейронных сетей.

 Источник изображения: hzdr.de

Источник изображения: hzdr.de

Группа исследователей из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Хемницкого технического университета, Дрезденского технического университета и Исследовательского центра Юлиха впервые продемонстрировала возможность хранения не только отдельных битов, но и целых битовых последовательностей в крошечных цилиндрических нанообластях, передаёт ресурс TechPowerUp.

Профессор Олав Хеллвиг (Olav Hellwig) из HZDR объясняет концепцию цилиндрического магнитного домена, также называемого «пузырьковым доменом», как небольшую цилиндрическую область в тонком магнитном слое. Его спины, собственные моменты импульса электронов, создающие магнитный момент в материале, направлены в определённом направлении, что приводит к образованию намагниченности, отличной от остальной среды окружения.

Исследователи уверены, что подобные магнитные структуры обладают огромным потенциалом для спинтронных приложений. При этом ключевым элементом являются доменные стенки, формирующиеся на границах цилиндрического домена. Именно в этих областях происходит изменение направления намагниченности, что может быть использовано для кодирования битов информации.

Стремясь преодолеть ограничения плотности данных современных жёстких дисков, расширяя возможности хранения в трёхмерном пространстве (3D), команда Хеллвига использовала многослойные магнитные структуры, состоящие из чередующихся слоёв кобальта и платины, разделённых слоями рутения. Эти структуры были нанесены на кремниевые подложки, образуя синтетический антиферромагнетик с вертикальной структурой намагниченности.

Далее была применена концепция памяти «racetrack» (гоночная трасса), где биты расположены вдоль этой трассы как нити жемчуга. «Уникальность разработанной нами системы заключается в возможности контролировать толщину слоёв и, следовательно, их магнитные свойства. Это позволяет адаптировать магнитное поведение синтетического антиферромагнетика для хранения не только отдельных битов, но и целых последовательностей битов в форме зависящего от глубины направления намагниченности доменных стенок», — объясняет Хеллвиг.

Результаты исследования немецких учёных открывают перспективу создания новых магниторезистивных датчиков и спинтронных компонентов. Кроме того, такие сложные магнитные нанообъекты имеют большой потенциал для реализации в нейронных сетях, что помогло бы хранить и обрабатывать информацию подобно человеческому мозгу. Результаты труда опубликованы в журнале Advanced Electronic Materials.

Разработан материал, который пропускает больше света, чем стекло — а ещё он охлаждает помещения и самоочищается

Команда учёных опубликовала в журнале Nature Communications информацию о новом микрофотонном многофункциональном метаматериале на основе полимера (Polymer-based Micro-photonic Multi-functional Metamaterial, PMMM). Коэффициент светопропускания нового материала составляет 95 % по сравнению с 91 % у большинства стёкол. Также PMMM самоочищается и отражает инфракрасные волны, поддерживая температуру в помещении на 6 °C ниже, чем снаружи.

 Источник изображений: Gan Huang, KIT

Источник изображений: Gan Huang, KIT

PMMM представляет собой тонкую плёнку, которую можно наклеить на поверхность обычного стекла. Свои особые свойства он приобретает благодаря микроскопической структуре поверхности, на которой выгравирован узор из пирамидок шириной всего 10 микрон каждая. Этот узор рассеивает 73 % падающего на плёнку света, что делает поверхность визуально матовой, при этом коэффициент светопропускания PMMM составляет 95 % по сравнению с 91 % у большинства стёкол.

Разработчики утверждают, что новый материал обеспечивает более комфортное освещение не только для людей, но и для растений. «Этот материал позволяет создавать освещённые, безбликовые и обеспечивающие конфиденциальность внутренние помещения для работы и проживания, — утверждает ведущий исследователь Ган Хуанг (Gan Huang). — В теплицах высокий коэффициент пропускания света может повысить урожайность, поскольку эффективность фотосинтеза на 9 % выше, чем в теплицах со стеклянной крышей».

PMMM также обладает способностью отражать инфракрасное излучение, охлаждая помещение за счёт так называемого «радиационного охлаждения». Использование нового материала способно, по утверждению создателей, снизить температуру в помещении на 6 °C по сравнению с температурой окружающей среды.

Разработчики также сообщают о способности PMMM к самоочищению. Выгравированные микроскопические пирамидки обеспечивают материалу гидрофобные свойства, удерживая тончайший слой воздуха, из-за чего капли воды (дождь, роса) скатываются, унося с собой пыль и грязь.

«Этот материал может одновременно оптимизировать использование солнечного света в помещении, обеспечить пассивное охлаждение и снизить зависимость от кондиционирования воздуха, — уверен Хуанг. — Решение масштабируемо и может быть легко интегрировано в планы экологически чистого строительства зданий и городского развития».


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Google научила Gemini 2.5 понимать и передавать эмоции в диалогах 16 мин.
«Мечты сбываются!»: Team Ninja анонсировала Nioh 3 и выпустила на PS5 эксклюзивную демоверсию 17 мин.
Первый геймплейный трейлер раскрыл дату выхода психологического хоррора Silent Hill f 55 мин.
«Яблочный интеллект» упёрся в китайскую стену: запуск ИИ-сервисов Apple в КНР заморожен 2 ч.
ChatGPT научился копаться в корпоративных файлах в «Google Диске», Dropbox и других облаках 4 ч.
Разработчики Kingdom Come: Deliverance 2 готовят расширение, но не только для игры — Warhorse Studios откроет офис в Брно 4 ч.
Mozilla перестанет пропускать в магазин Firefox мошеннические криптовалютные расширения 6 ч.
На Мосбирже стартовали первые в России торги фьючерсами на биткоин 7 ч.
Gemini покажет изменения, внесённые коллегами в файлы на «Google Диске» 7 ч.
«Отражает наши амбиции»: в CDPR уклонились от ответа, будет ли графика The Witcher 4 соответствовать уровню технодемо 8 ч.
Новая статья: Система жидкостного охлаждения PCCooler DT360 ARGB Display: красиво, но есть нюансы 28 мин.
Посадочные модули и лунный танкер: Blue Origin представила план освоения Луны 2 ч.
Новая статья: ИИтоги мая 2025 г.: кто кого ещё выключит 3 ч.
Разборка Galaxy S25 Edge показала, за счёт чего Samsung удалось сделать смартфон таким тонким 3 ч.
AMD оправдалась за отсутствие обзоров Radeon RX 9060 XT 8GB — получилось неубедительно 4 ч.
В аэропорту Нью-Йорка впервые осуществил посадку полностью электрический самолёт 4 ч.
Лучше, чем InfiniBand и Ethernet: Cornelis Networks представила 400G-интерконнект Omni-Path CN5000 5 ч.
Провода — прошлый век: представлен стол с беспроводным питанием всей компьютерной периферии, включая монитор 7 ч.
GlobalFoundries потратит $16 млрд на расширение производства чипов в США 7 ч.
Побит мировой рекорд по разгону GPU — встроенную графику Intel Core Ultra 9 285K довели до 4,25 ГГц под жидким азотом 8 ч.