Теги → учёные
Быстрый переход

Учёные впервые изучили деградацию электроники в реальном времени. Теперь производители могут придумать, как её уменьшить

Деградация полупроводниковых приборов сокращает жизнь электронике и множит электронный мусор, не говоря о постоянной необходимости покупать новое или ремонтировать старое. Одной из проблем в этой связи остаётся вопрос быстрой деградации электронных устройств на основе сегнетоэлектрических материалов. Учёные из Австралии сделали открытие, которое обещает помочь в продлении жизни таким материалам и электронным приборам на их основе.

Сегнетоэлектрические материалы используются во многих устройствах, включая запоминающие устройства, конденсаторы, исполнительные механизмы и датчики. Всё это можно найти как в бытовых, так и в промышленных приборах, таких как компьютеры, медицинское ультразвуковое оборудование, подводные сонары и много где ещё. Исследователи из Сиднейского университета сделали важное открытие в области материаловедения, впервые предоставив полную картину того, как возникает усталость в сегнетоэлектрических материалах.

Осуществить открытие учёным помог специальный стенд с электронным микроскопом. Суть эксперимента заключалась в том, чтобы проследить за возникновением и развитием эффекта «сегнетоэлектрической усталости» в режиме реального времени на атомарном уровне и непосредственно на работающем устройстве. Опыт полностью удался, о чём исследователи сообщили в статье «Прямое наблюдение наноразмерной динамики деградации сегнетоэлектриков» на портале Nature Communications.

«Наше открытие является значительным научным прорывом, поскольку оно показывает четкую картину того, как процесс деградации сегнетоэлектриков присутствует в наномасштабе», — сказал соавтор работы профессор Сяочжоу Ляо (Xiaozhou Liao).

Наблюдение деградации в процессе развития. Источник изображения: University of Sydney

Наблюдение деградации в процессе развития. Источник изображения: University of Sydney

«Хотя давно известно, что сегнетоэлектрическая усталость может сократить срок службы электронных устройств, но то, как она возникает, ранее не было хорошо изучено из-за отсутствия подходящей технологии для ее наблюдения», — подтвердил ведущий исследователь исследования доктор Цяньвэй Хуанг (Qianwei Huang).

Данные о наблюдениях учёные готовы передать производителям электроники, чтобы они могли скорректировать техпроцессы производства электронных устройств на основе сегнетоэлектриков. Можно надеяться, что полное понимание процессов, которые происходят на атомарном уровне, помогут сделать устройства надёжнее и долговечнее.

Для борьбы с глобальным потеплением предложена краска беспрецедентной белизны — всё отразит в космос

Не секрет, что в жару лучше носить светлое. Белый цвет отражает и рассеивает падающие на одежду и предметы солнечные лучи. В идеальном случае, при абсолютном отражении света, предметы не нагревались бы выше температуры окружающей среды. Это позволило бы сэкономить на охлаждении помещений летом и даже отразить часть падающей солнечной энергии обратно в космос, подобно ледяным щитам в ледниковые периоды прошлого. И такая краска разработана.

Источник изображения: Purdue University

Источник изображения: Purdue University

Исследователи из американского Университета Пердью сообщили о создании самой белой краски в мире. Заявленный коэффициент отражения новой краски составляет 98,1 %. Важно, что краска отражает не только видимый свет, но также ультрафиолетовый и инфракрасный. Если крыши домов начать красить этим составом, есть вероятность смягчения угрозы глобального потепления, считают учёные.

В ходе экспериментов с новой краской выяснилось, что в условиях солнечного освещения поверхность покрытых новой белой краской предметов в среднем более чем на 2 °С холоднее поверхностей без этого покрытия. В ряде случаев этого достаточно, чтобы отказаться от использования кондиционеров, что сэкономит энергию и также внесёт свой вклад в борьбу с климатическими изменениями.

Съёмка нового белого покрытия в инфракраксном свете. Оно практически не отражает свет. Источник изображения: Purdue University

Съёмка нового белого покрытия в инфракрасном диапазоне. Оно практически не нагревается по сравнению с окружающими предметами (чёрный квадрат справа). Источник изображения: Purdue University

Секрет новой белой краски — в пигменте. Традиционно для производства белых красок используется диоксид титана (пищевая добавка E171). Краска на основе этого вещества может отражать до 90 % света, но не во всём диапазоне. Вместо диоксида титана учёные взяли сульфат бария. Это вещество способно отражать падающее излучение в более широком спектре длин волн. Но просто нового вещества оказалось недостаточно. Исследователям пришлось подобрать состав таким образом, чтобы слой краски был не слишком толстый, иначе за этим следует растрескивание и разрушение покрытия.

Самое важное, что новый состав можно выпускать на современном производстве лакокрасочных изделий. При желании процесс можно наладить в кратчайшие сроки.

Японские учёные придумали простой способ многократно повысить качество лазерной резки с помощью камеры Raspberry Pi

Лазерные резаки и гравёры сегодня получили достаточное распространение как в промышленности, так и для домашнего использования. Лазерный луч вырезает точнее и аккуратнее традиционных инструментов. Но даже это качество резки или разрешение можно увеличить в разы, сообщили японские учёные. Интересно, что для демонстрации новых возможностей хватило простой камеры Raspberry Pi Camera Module v2.

Измерение плотности потока лазерного луча и глубирны отверстия от одиночного импульса позволяет прогнозировать качество работыИсточник изображения: Sakurai

Измерение плотности потока лазерного луча и глубины отверстия от одиночного импульса позволяет прогнозировать качество всей работы. Источник изображения: Sakurai

Не секрет, что для повышения точности лазерной резки необходимо организовать обратную связь с получением данных о взаимодействии лазерного луча с материалом. Это устранит ряд неопределённостей в производственном процессе, но на практике всё не так просто. Сегодня это происходит с помощью регулярных измерений и требует массу времени на отвлечённые работы. Например, необходимо постоянно контролировать глубину отверстий в зависимости от мощности лазерного импульса.

«Чтобы измерить глубину разреза лазера, часто требуются десятки или сотни измерений глубины. Это серьезное препятствие для быстрых автоматизированных производственных систем на основе лазеров», — сказал профессор Дзюндзи Юмото (Junji Yumoto) с факультета физики Токийского университета. Вместо сотен измерений японские учёные предлагают делать всего одно, что обещает улучшить управление лазерной обработкой.

Ещё одним условием для улучшения лазерных станков было использование недорогих решений для измерения. К счастью, этому способствует стремительное развитие в последние годы индустрии выпуска оптических датчиков для камер смартфонов и не только. Выяснилось, что камеры Raspberry Pi Camera Module v2 вполне хватает для решения поставленной задачи.

В ходе испытания учёные фиксировали плотность потока лазерного импульса камерой Raspberry Pi Camera Module v2 и сразу измеряли полученное в сапфире отверстие. Затем одни данные накладывались на другие и определялась взаимосвязь между плотностью потока лазерного луча и глубиной проделанного отверстия. Выяснилось, что плотность луча лазера отлично коррелирует с глубиной отверстий и нехитрый алгоритм может всего по одному наблюдению рассчитать до 250 тыс. импульсных воздействий луча лазера на материал.

Создан электролит, который способен в два раза увеличить ёмкость литиевых аккумуляторов

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) разработали электролит, который обещает до двух раз увеличить ёмкость литиевых аккумуляторов. Важность подобного изобретения трудно переоценить. Для транспорта на электрической тяге двукратное повышение ёмкости батарей без увеличения объёма и веса аккумуляторов стало бы настоящей революцией.

Слева литиевый анод в трещинах при работе в обычном электролите, справа целый — в перспективном. Источник изображения: MIT

Слева литиевый анод в трещинах при работе в обычном электролите, справа целый — в перспективном. Источник изображения: MIT

Интересно, что новый электролит первоначально был разработан для перспективных литиево-воздушных аккумуляторов. Но они появятся ещё не скоро, зато разработка показала себя необычайно хорошо в составе литиево-металлических аккумуляторов.

Известная проблема литийметаллических аккумуляторов — это разрушение электродов (анода и катода). В частности, анод из металлического лития, который существенно повышает ёмкость и эффективность работы литийметаллических аккумуляторов, в процессе работы теряет литий путём его безвозвратного растворения в электролите.

Испытания нового электролита в составе литиево-металлического аккумулятора с металлическим анодом и катодом из оксидов лития, никеля, марганца и кобальта показало, что поверхности электродов не теряют металлы (не растрескиваются) и самоочищаются во время циклов заряда и разряда.

«Электролит химически устойчив к окислению высокоэнергетических материалов, богатых никелем, предотвращая разрушение частиц и стабилизируя положительный электрод во время цикла, — сказал Ян Шао-Хорн (Yang Shao-Horn) из Массачусетского технологического института. — Электролит также обеспечивает стабильную и обратимую очистку и покрытие металлического лития, что является важным шагом на пути создания перезаряжаемых литийметаллических батарей с энергией, вдвое превышающей энергию современных литийионных батарей.

В перспективе с новым электролитом ёмкость литийметаллических аккумуляторов может достичь 420 Вт·ч/кг, тогда как современные литийионные аккумуляторы с среднем демонстрируют 260 Вт·ч/кг. К сожалению, вещество, на котором основан перспективный электролит, современная промышленность не производит. Учёные обещают разработать техпроцессы, чтобы исправить это положение.

Немецкие физики обосновали возможность туннелей в пространстве-времени

Червоточины, кротовые норы или туннели в пространстве-времени для мгновенного перехода из одной точки вселенной в другую — это непременный атрибут космической фантастики. Новое исследование немецких физиков утверждает, что такие туннели действительно могут существовать. Более того, в своей работе они смогли теоретически обосновать существование червоточин и приблизились к возможному пониманию этого явления.

Червоточина в представлении художника. Источник изображения: scitechdaily.com

Червоточина в представлении художника. Источник изображения: scitechdaily.com

Исследование проведено международной группой физиков во главе с доктором Хосе Луисом Бласкес-Сальседо (Jose Luis Blázquez-Salcedo) из Университета Ольденбурга с публикацией выводов в научном журнале Physical Review Letters. В своей работе физики представили новую теоретическую модель образования и существования червоточин, которая делает микроскопические червоточины более обоснованными, чем в предыдущих теориях.

Червоточины, как и черные дыры, появились в уравнениях общей теории относительности Альберта Эйнштейна, опубликованной в 1916 году. Важным постулатом теории Эйнштейна стало то, что Вселенная имеет четыре измерения — три пространственных измерения и время как четвертое измерение. Вместе они образуют то, что известно как пространство-время, и это пространство-время может быть растянуто и искривлено массивными объектами, такими как звезды. А раз возможно искривление, то нельзя исключать такой конфигурации континуума, когда две крайне отдалённые точки пространства могут сближаться до близкого расстояния.

«С математической точки зрения такой короткий путь был бы возможен, но никто никогда не наблюдал настоящую кротовую нору», — объясняют физики. Предыдущие модели предполагают, что единственный способ сохранить червоточину открытой и пройти сквозь неё — это использовать экзотическую форму материи, которая имеет отрицательную массу или, другими словами, весит меньше нуля, и которая существует только в теории. Но новая работа демонстрирует на своей модели, что червоточины можно также преодолевать без таких материалов.

Исследователи выбрали сравнительно простой «полуклассический» подход. Они объединили элементы теории относительности с элементами квантовой теории и классической теории электродинамики. В своей модели для путешествия сквозь червоточины они рассмотрели определенные элементарные частицы, в частности электроны. В качестве математического описания было выбрано уравнение Дирака с включением в модель Поля Дирака. Сочетание квантовой теории и теории относительности допустило условие, при котором материя в виде заряженных электронов может преодолевать червоточины без последствий. Это не про космические корабли, но электромагнитное излучение, а значит — связь, может оказаться реальностью для мгновенной передачи данных из одного уголка Вселенной в другой.

Британские учёные приблизились к пониманию работы аналогового астрономического компьютера 2000-летней давности

От найденного 120 лет назад на затонувшем у берегов Греции судне интересного астрономического прибора осталось мало деталей и много загадок. Раскрывать секреты работы устройства, которое считается древнейшим аналоговым компьютером, помогают новые технологии — компьютерная томография и цифровое моделирование. Новое исследование британских и греческих учёных помогло понять связь между механизмом и циклами движения планет на небосводе.

Компьютерное представлени. Источник изображения: Tony Freeth

Компьютерное представление лицевой стороны Антикитерского механизма. Источник изображения: Tony Freeth

Томография и рентген выявили на деталях Антикитерского механизма, как назвали найденный древний артефакт, две цифры с точной привязкой к двум планетам: Венере и Сатурну. Это длительность полного цикла движения этих планет по небосводу в определённых широтах — 462 года для Венеры и 442 года для Сатурна.

Один из самых больших сохранившихся фрагментов механизма представляет собой шестерню с 63 зубьями. Учёным удалось соотнести механизм воспроизведения 462-годичного цикла движения Венеры с этим фрагментом, и появилась надежда воссоздать потерянные детали для воспроизведения цикла движения остальных планет.

Моделирование механизма. Источник изображения: Tony Freeth

Моделирование механизма. Источник изображения: Tony Freeth

Для проектирования механизма используется компьютерное моделирование. Учёные знают объём механизма, могут использовать сохранившиеся фрагменты и знают математику, которой пользовались в то время для астрономических расчётов. Компьютер должен воссоздать недостающие детали и минимизировать их число. Сложность в том, что для «ввода» определённых астрономических данных использовалась система передаточных трубочек или рычагов, что очень сложно поддаётся моделированию.

Одни из немногих уцелевших фрагментов механизма. Источник изображения: Hewlett-Packard

Одни из немногих уцелевших фрагментов механизма. Источник изображения: Hewlett-Packard

Тем не менее, сделанное открытие приближает исследовательскую группу на шаг ближе к пониманию всех возможностей Антикитерского механизма и того, насколько точно он может предсказывать астрономические события.

Впервые на поверхности астероида обнаружено органическое вещество, важное для зарождения жизни

Учёные сделали открытие, которое может перевернуть представление о зарождении органической жизни на Земле и в иных мирах. Исследование вещества с астероида Итокава, добытого миссией «Хаябуса» ещё в 2010 году, выявило в образце органическое вещество, которое там меньше всего ожидали найти. Открытие намекает, что космос полон органики — элементами для возникновения жизни засеяно всё, включая безжизненные камни в вакууме.

Исследуемый образец в центре обведён белым кружком. Источник изображения: SAS-JAXA

Исследуемый образец в центре обведён белым кружком. Источник изображения: SAS-JAXA

Астероид Итокава, образцы с которого детально изучили учёные Лондонского королевского университета Холлоуэя, относится к астероидам S-типа. Иначе говоря — к каменным, тогда как органика в космосе обычна для астероидов C-типа — углеродных. На каменных астероидах, которых в космосе вокруг нас большинство, было удивительно обнаружить органические вещества. Причём органические материалы в образцах были двух типов — подвергнутые термической обработке и так называемые первичные — которые не нагревались.

Наличие в образцах с Итокавы двух типов органики означает (см. статью в Scientific Reports), что первичная органика попала на него значительно позже, ведь сначала эта каменная скала была горячей. Тем самым на поверхности астероида даже в условиях открытого космоса проходила своя эволюция, включая химические процессы с присутствием воды, которые современная наука считает критическими для возникновения жизни на Земле.

Получается, что для появления органической жизни вовсе не обязательно нужны «тёплые лужи» на огромных кусках скалы в космосе, как это произошло на Земле. Ключевая для зарождения жизни органика могла зародиться в космосе и лишь потом «засеять» Землю. И кто мешает считать, что подобное не происходит по всей Вселенной?

Учёные впервые зафиксировали над Землёй космический ураган из плазмы

Учёные впервые обнаружили свидетельства существования урагана из плазмы в верхних слоях атмосферы Земли. Это явление никто никогда ещё не наблюдал. Плазменный шторм произошёл 20 августа 2014 года в ионосфере над Северным полюсом. Обнаружить его помогло изучение старых данных с метеорологических спутников. Похоже, что это обычное для Вселенной явление, которое мы пропустили.

Плазменный «космический ураган» в представлении художника. Источник изображения: Zhang Qinghe

Плазменный «космический ураган» в представлении художника. Источник изображения: Zhang Qinghe

Согласно данным с метеорологических спутников под управлением Министерства обороны США, плазменный ураган длился около восьми часов и охватывал зону диаметром около тысячи километров. Ураган в виде облака электронов в точности напоминал своих дождевых тёзок в нижних слоях атмосферы: у него был центр или глаз с относительно медленным вращением слоёв и быстрые внешние крылья, вращающиеся с огромной скоростью. Интересно, что в это время на Земле и в ближнем космосе не было каких-либо природных аномалий магнитных полей. Как говорится, ничто не предвещало.

Представление процессов в «космическом урагане» из плазмы. Источник изображения: Zhang Qinghe

Представление процессов в «космическом урагане» из плазмы. Источник изображения: Zhang Qinghe

«До сих пор не было уверенности в том, что ураганы с космической плазмой вообще существовали, поэтому доказать это с помощью такого поразительного наблюдения невероятно, — говорит Майк Локвуд (Mike Lockwood), автор исследования, описывающего это событие. — Тропические штормы связаны с огромным количеством энергии и эти космические ураганы должны быть вызваны необычайно большой и быстрой передачей энергии солнечного ветра и заряженных частиц в верхние слои атмосферы Земли».

Представление процессов в «космическом урагане» из плазмы. Источник изображения: Zhang Qinghe

Представление процессов в «космическом урагане» из плазмы. Источник изображения: Zhang Qinghe

Судя по всему, подобные плазменные ураганы должны быть частым явлением на Земле и других планетах. Потенциально они могут оказывать влияние как на работу систем геопозиционирования и электронику на Земле, так и в ближнем космосе на спутники. Поэтому к данному явлению учёные собираются внимательно присмотреться.

Погодные датчики будущего смогут парить в мезосфере на световых лучах

Для углублённого изучения погодных явлений на Земле метеорологам необходимы зонды в мезосфере на удалении от 50 до 80 км над поверхностью планеты. В этой зоне воздух разряжён настолько, что воздушным шарам и самолётам для полёта уже нет опоры, а для полётов космических аппаратов плотность воздуха всё ещё высока. Выход может быть найден в легчайших парящих устройствах, для движения которых хватит импульсов лазера или отражённого солнечного света.

Группа исследователей из Пенсильванского университета обнаружила, что под действием лазерного света очень тонкие диски могут левитировать в условиях, имитирующих мезосферу. Исследование представлено в статье, опубликованной в журнале Science Advances. Работа была нацелена на изобретение способа полетов на очень больших высотах и изучение того, насколько хорошо предложенный способ себя проявляет на практике.

Учёные создали очень тонкие диски из майлара (аналог лавсана) диаметром 6 мм. Нижняя часть дисков была покрыта углеродными нанотрубками. Испытания проводились в камере с давлением 30 Па, как в мезосфере. Выяснилось, что при облучении лазерными импульсами или отражённым светом диски поднимались на значительную высоту. Более того, экспериментаторы смогли управлять направлением движения дисков, регулируя интенсивность «обстрела» световыми импульсами.

Источник изображения: natworld.info

Источник изображения: natworld.info

Учёные объяснили полученное явление неравномерностью нагрева нанотрубок снизу дисков. Тепло в слое трубок распространялось таким образом, что движение молекул воздуха внизу дисков происходило с большей скоростью, чем вверху. Диски вверх толкал не свет, а передающаяся импульсами света энергия.

Исследователи признают, что их работа носит предварительный характер. Остаётся неизвестным, сработает ли предложенный подход для дисков, сброшенных в мезосферу. Кроме того, требуется дополнительная работа, чтобы понять пределы масштабирования системы до дисков нужного размера.

«Мятый» графен позволит на порядки уменьшить размер и увеличить скорость чипов

Элементарный кремний открыли в 1824 году, но первый транзистор сделали только сто двадцать лет спустя. Графен открыли 15 лет назад. Его электротехнические характеристики оказались настолько удивительными, что учёные со всего мира бросились изобретать транзисторы на его основе. К сегодняшнему дню сделано много интересных предложений, и череда открытий только растёт, а на днях свой вклад в графеновую микроэлектронику внесли учёные из Великобритании.

Источник изображения: Getty Images/iStockphoto

Источник изображения: Getty Images/iStockphoto

Исследователи из Университета Сассекса в Великобритании изучают использование «мятых» форм графена, то есть влияние на электротехнические свойства исходного материала разного рода физических деформаций. Это относительно новое направление в перспективной микроэлектронике, которое получило название стрейнтроника (straintronics). Алан Далтон (Alan Dalton), профессор школы математических и физических наук Университета Сассекса, сказал: «Мы механически создаем изгибы в слое графена. Это немного похоже на нанооригами».

В области стрейнтроники уже было выявлено, что деформирование структуры 2D-наноматериалов, таких как графен или дисульфид молибдена, ведёт к проявлению новых электронных свойств, но точное влияние различных «складок» остается малоизученным. В своём исследовании британские учёные исследовали влияние структурных изменений в графене на такие свойства, как легирование (добавление примесей). Например, ожидается, что деформация графена может существенно повысить электронную плотность в материале, что превратит его из проводника в суперпроводник.

Манодж Трипати (Manoj Tripathi), научный сотрудник в области наноструктурированных материалов из Университета Сассекса, который руководил исследованием, сказал: «Мы показали, что можем создавать структуры из графена и других 2D-материалов, просто добавляя в структуру преднамеренные изгибы, типа гофры, и мы можем создать интеллектуальный электронный компонент, такой как транзистор или логический вентиль». В перспективе, как считают исследователи, «мятый» графен позволит создавать в сто раз меньшие по размеру чипы, которые будут работать в тысячу раз быстрее кремниевых.

Австралийцы создали гибрид суперконденсатора и батареи: ёмкость как у NiMH, а заряжается в пять раз быстрее

Бесконечно можно не только смотреть на огонь или струящуюся воду, но также слушать сказки про новые революционные аккумуляторы. Впрочем, в каждой сказке есть своя быль, поэтому всё воспринимать на веру не нужно, но принимать к сведению — вполне. Сегодня нам рассказали сказку про аккумуляторы учёные из страны ОЗ, как в шутку называют Австралию жители Туманного Альбиона.

Источник изображения: QUT

Источник изображения: QUT

Учёные давно пытаются придать литиевым аккумуляторам свойства суперконденсаторов, чтобы зарядка была условно мгновенной и чтобы выходная мощность была на достойном уровне. Современные литиевые аккумуляторы в комплексе обеспечивают тем же электрокарам Tesla порядка 1000 лошадиных сил. Только представьте, если бы батарея Tesla была суперконденсатором! Тогда под капотом электрокаров этой марки могло разместиться до пяти тысяч лошадей! Это был бы суперкар!

Исследователи из Технологического университета Квинсленда из Австралии создали гибридный аккумулятор, который отрицательный электрод имеет по типу суперконденсатора — обкладку из карбида титана для накопления статического заряда, а положительный — как у типичной литиевой батареи с возможностью накапливать ионы лития в графене. На выходе получился аккумулятор с возможностью быстрой зарядки — примерно в пять раз быстрее, чем у типичной литиевой ячейки, но с ёмкостью существенно выше, чем у суперконденсатора — примерно как у NiMH-батареи.

Если обратиться к цифрам, то гибридный элемент австралийцев обеспечил ёмкость 73 Вт·ч/кг, что примерно составляет 28 % от возможностей современных литийсодержащих аккумуляторов, тогда как его удельная мощность достигла колоссального значения 1600 Вт/кг, так как быстрая зарядка подразумевает также быструю разрядку, а значит отдачу большей мощности за более короткое время.

Источник изображения: QUT

Источник изображения: QUT

Впрочем, изобретатели пока не питают надежд, что их разработка попадёт в фокус интересов производителей тяговых аккумуляторов для электромобилей. Удельная запасаемая ёмкость всё-таки мала, но для замены обычных аккумуляторов и для ряда специфических применений, например, для сглаживания пиков потребления, это интересное решение. В конце концов, даже если заряд смартфона на такой батарее будет держаться существенно меньше суток, то значительно ускоренная зарядка может сделает процесс восполнения заряда простым и даже незаметным: раз — и зарядился.

Нашлись первые свидетельства, что Земля пополняет водный запас Луны

До высадки астронавтов на Луну поверхность нашей космической спутницы из-за экстремальных температур и суровости космической среды считалась сухой, как пустыня. Но с тех пор всё изменилось. Исследования обнаружили лунную воду в виде льда в тени полярных кратеров, связанную в вулканических породах и окисленные отложения железа в лунной почве. Несмотря на эти находки, достоверных подтверждений происхождения воды на поверхности Луны нет.

Луна в тени магннитосферы Земли в представлении художника. Источник изображения: E. Masongsong, UCLA EPSS, NASA GSFC SVS

Луна в тени магнитосферы Земли в представлении художника (серым обозначены ионы кислорода, а голубым — ионы водорода, солнечный ветер обозначен жёлтым). Источник изображения: E. Masongsong, UCLA EPSS, NASA GSFC SVS

Преобладающая теория происхождения воды на Луне состоит в том, что положительно заряженные ионы водорода в солнечном ветре бомбардируют поверхность Луны и спонтанно реагируют с образованием воды (в виде гидроксила OH– и молекулярной H2O). Однако новое международное исследование, опубликованное в Astrophysical Journal Letters, предполагает, что солнечный ветер, возможно, не единственный источник образующих воду ионов.

Исследователи показали, что частицы с Земли также могут пополнять водный запас Луны. Ко всему прочему это означает, что подобные процессы могут происходить с другими планетами и их спутниками. Иначе говоря, от поверхности Марса до спутников Юпитера и колец Сатурна, комет, астероидов и Плутона и в облаках далеко за пределами нашей Солнечной системы вода могла появиться не только и не столько в ранний период формирования Солнечной системы, а попасть на поверхность космических тел постепенно — в динамике.

Но вернёмся к Луне. Хотя солнечный ветер является вероятным источником воды на поверхности Луны, компьютерные модели предсказывают, что до половины её должно испариться и исчезнуть в полярных регионах в течение примерно трех дней полнолуния, когда Луна проходит в магнитосфере Земли и закрыта от солнечного ветра. Новый анализ карт лунной поверхности с данными о распределении гидроксила показал, что вопреки ожиданиям поверхностная вода на Луне не исчезает в течение этого периода экранирования солнечного ветра магнитосферой Земли. Из этого следует, что запас воды на Луне пополняет что-то помимо ионов водорода в солнечном ветре.

Проведённое заново множеством специалистов пристальное изучение снимков со спутника Chandrayaan-1 десятилетней давности и изучение данных об ионной обстановке на орбитах Земли и Луны японским спутником «Кагуя» позволило сделать вывод, что лунная вода может пополняться потоками магнитосферных ионов, также известными как «земной ветер». Таким образом, изучение данных в новом свете опровергает гипотезу экранирования и вместо этого предполагает, что сама магнитосфера Земли создает «водный мост», который может пополнять водный запас Луны.

В свете этих открытий будущие исследования солнечного ветра и планетарных ветров могут раскрыть больше загадок об эволюции воды в нашей Солнечной системе и потенциальных эффектах солнечной и магнитосферной активности на другие луны и планетные тела. Для расширения этого исследования потребуются новые спутники, оснащенные комплексными спектрометрами для картирования гидроксильных групп и воды, а также датчиками частиц на орбите и на поверхности Луны, чтобы полностью подтвердить этот механизм. Эти инструменты могут помочь спрогнозировать лучшие регионы для будущих исследований, добычи полезных ископаемых и возможного поселения на Луне.

Корейцы придумали незаметные мозговые имплантаты, позволяющие управлять мозгом через смартфон

Обычные мозговые имплантанты заканчивались пучками проводов из головы и привязывали пациента к громоздкой установке. Это затрудняло проведение экспериментов над животными при изучении активности мозга, ведь они стесняли движения и требовали постоянного питания либо частого хирургического вмешательства для замены батарей. Всё меняет новая корейская разработка — пациент не почувствует имплантат, а сразу начнёт реагировать на команды со смартфона.

Лёгкий и мягкий мозговой имплантат с оптоэлектронным управлением мозгом. Источник изображения: KAIST

Лёгкий и мягкий мозговой имплантат с оптоэлектронным управлением мозгом. Источник изображения: KAIST

Предложенный учёными из института KAIST крошечный мозговой имплантат создан из биосовместимых материалов и снабжён антенной для сбора электромагнитного излучения, которое превращается в электрическую энергию. Тем самым батарею имплантата можно заряжать удалённо беспроводным способом, не беспокоя подопытное животное и не нарушая непрерывность хода наблюдений.

Кроме того, имплантат получил встроенный энергоэффективный чип Bluetooth и два микронных светодиодных источника света на тончайших зондах. Светодиоды на зондах вводятся в заданную зону мозга напротив нейронов-мишеней. Вспышками светодиодов можно управлять через простое приложение на смартфоне. Свет вызывает возбуждение в нейронах-мишенях и заставляет мозг животного реагировать в зависимости от того, какие участки мозга раздражаются.

Например, в ходе эксперимента учёные вкололи подопытной крысе с установленным мозговым имплантатом кокаин, а затем по команде со смартфона заблокировали его влияние на поведение животного. Подобным способом, верят исследователи, можно будет научиться бороться с нейродегенеративными заболеваниями человеческого мозга и решать массу других задач по восстановлению здоровья людей.

Новые мозговые имплантаты будут незаметны, уйдёт в прошлое забота о замене батареек, управление с помощью приложения окажется простым и понятным. Противникам «чипирования» это вряд ли понравится, но о деятельности мозга можно будет узнать чуть больше, и человечеству это наверняка пойдёт на пользу.

Учёные научились создавать древесину в пробирках — это позволит выращивать готовую мебель

«Зелёные» инициативы намного шире вопросов энергетики и транспорта. Вырубка лесов для нужд мебельных и строительных отраслей также оказывает пагубное влияние на экологию и усугубляет парниковый эффект. Интересной альтернативой натуральной древесине может стать древесина, выращенная в пробирке. Более того, вырастить можно сразу что-то готовое — доску и даже стол. Исследования в этой области лишь начались, но перспективы заманчивые.

Источник изображения: fastcompany

Источник изображения: fastcompany

В недавно опубликованной статье в Journal of Cleaner Production, исследователи подробно рассказали, как они без почвы и солнечного света выращивали древесную растительную ткань из клеток, извлечённых из листьев циннии. «Клетки растений похожи на стволовые клетки, — сказала Луис Фернандо Веласкес-Гарсия (Luis Fernando Velásquez-García), главный научный сотрудник лаборатории Microsystems Technology при Массачусетском технологическом институте и соавтор статьи. — У них есть потенциал, чтобы быть разными».

Мы уже слышали о массе опытов по выращиванию мяса в пробирке. Но это сложный и дорогостоящий процесс, тогда как выращивание клеток растений в пробирке намного проще и вполне может стать коммерчески реализуемым в скором будущем. Древесину в лаборатории можно выращивать любой формы от досок до готовой мебели, что радикально сократит отходы производства.

Другой вопрос, на который учёные пока не дают ответа: сколько на всё это потребуется времени? Это наверняка будет быстрее естественного роста дерева, но дни и недели поддержки необходимых условий роста будут существенно сказываться на цене искусственного дерева, тогда как вырубка будет стоить условные копейки.

Получить готовую древесину из пробирки стало бы хорошей альтернативой вырубке лесов и позволило бы избавиться от вездесущего пластика в декоре, строительстве и архитектуре. Наконец, есть проекты даже по изготовлению из древесины космических спутников. Неужели появится искусственная альтернатива древесине?

Учёные подсчитали глубину моря на спутнике Сатурна

За время своей миссии зонд Cassini собрал и передал о Сатурне и его спутниках так много данных, что учёные всё ещё продолжают делать открытия на их основе. В частности, астрономы Корнельского университета смогли проникнуть в тайны самого большого моря на спутнике Сатурна Титане — моря Кракена. Интересно, что для этого им пришлось применить математику, ведь мощности радара зонда не хватило, чтобы достичь дна этого водоёма.

Представление художника о море на поверхности Титана. Титан.Источник изображения: NASA/John Glenn Research Center

Представление художника о море на поверхности Титана. Титан.Источник изображения: NASA/John Glenn Research Center

Следует уточнить, что моря на Титане состоят вовсе не из воды. В берегах среди скал Титана плещется сжиженный метан с небольшими долями азота и этана. Окружающая среда этому способствует — на поверхности небесного тела около -179,6 °C.

Аппарат Cassini прозондировал Титан в 2014 году. Часть этой информации была раньше расшифрована, а часть была проанализирована только недавно. Сканирование моря Кракена на частоте 13,78 ГГц позволило по задержкам отражённого сигнала и с учётом падения энергии отражённого луча представить рельеф дна и оценить глубину моря. К сожалению, радар смог изобразить ландшафт только до глубины 100 метров, после чего перестал ловить отражённый сигнал.

Концепция воздушного дрона для изучения Титана. Источник изображения: NASA

Концепция воздушного дрона для изучения Титана. Источник изображения: NASA

Как считают учёные, которые провели аппроксимацию рельефа всего дна с помощью полученных данных глубин до 100 метров, глубина в центральной его части может достигать 300 метров. Эта информация имеет особую ценность, поскольку в будущем планируется запустить в одно из морей Титана автоматическую подводную лодку. Но сначала туда будет направлен аэродрон Dragonfly. Если всё будет хорошо, космический аппарат со «Стрекозой» отправится в полёт в 2027 году и прибудет к Титану к 2035 году.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Выручка MediaTek в первом квартале взлетела почти на 78 % в годовом сравнении 6 мин.
NASA и Axiom договорились запустить первую частную коммерческую экспедицию на МКС 15 мин.
Инженерный образец Alder Lake-S с памятью DDR5 протестирован в Dota 2 28 мин.
MediaTek выпустит процессор среднего уровня Dimensity 900, который даст фору Snapdragon 768 40 мин.
HTC представила автономный VR-шлем Vive Focus 3 для бизнеса с разрешением 5K и углом обзора 120 градусов 2 ч.
HTC представила компьютерный VR-шлем Vive Pro 2 с разрешением 5K, частотой 120 Гц и широким углом обзора 2 ч.
OneWeb купила американского оператора услуг спутниковой связи TrustComm для работы с правительственными клиентами 2 ч.
Renault и Nissan вместе будут разрабатывать более дешёвые батареи для электромобилей 2 ч.
MSI обновила игровые ноутбуки процессорами Tiger Lake-H и видеокартами GeForce RTX 3000 3 ч.
Обновлённые ноутбуки Gigabyte G5/G7 получили видеокарту GeForce RTX 3050 и процессоры Intel Tiger Lake-H 4 ч.