Теги → японские разработчики
Быстрый переход

Японцы научили роботов обрастать кожей из живых человеческих клеток

Человекоподобные роботы стали на шаг ближе — японские учёные научились наращивать кожу из живых человеческих клеток на неживые поверхности. Искусственно выращенная кожа сохраняет главную функцию — служить защитой для организма, даже если это роботизированный механизм. Она отталкивает воду и самостоятельно заживляет повреждения, а также делает робота больше похожим на человека, что может как облегчить роботам войти в нашу жизнь, так и напугать.

 Источник изображения: Matter

Источник изображения: Matter

«Извлечённый прямо из культуральной среды палец выглядит слегка "потным", — говорит первый автор работы Шоджи Такеучи (Shoji Takeuchi), профессор Токийского университета. — Поскольку палец приводится в движение электромотором, интересно слышать щёлкающие звуки мотора в сочетании с пальцем, который выглядит совсем как настоящий».

Считается, что внешний человекоподобный вид может повысить эффективность общения с роботами и вызвать симпатию. Силиконовая кожа не поможет добиться эффекта «полного погружения» — у неё не такая текстура и это будет ощущаться при прямом контакте. Также были провалы при предыдущих попытках вырастить живую кожную ткань для покрытия роботов — обнаружились проблемы при покрытии мест частых изгибов и неровностей. Всё это заставило учёных разработать технологию наращивания кожи из живых клеток человека на неживые поверхности.

На первом этапе учёные поместили роботизированный палец в цилиндр, куда предварительно залили смесь коллагена и человеческих дермальных фибробластов — двух основных компонентов, из которых состоят соединительные ткани кожи. Смесь из белков и живых клеток стала своего рода грунтовкой, поверхность которой учёные заселили клетками эпидермиса — живой поверхностной тканью, придающей коже водоотталкивающие свойства и способность заживлять раны.

Наращенная кожа обладала достаточной прочностью и эластичностью, чтобы выдерживать динамические движения, когда палец робота сгибался и разгибался. Внешний слой был достаточно толстым, чтобы его можно было поднять пинцетом (в среднем толще 2 мм), и отталкивал воду, что даёт различные преимущества при выполнении конкретных задач, таких как работа с электростатически заряженным крошечным пенополистиролом — материалом, часто используемым в упаковке. При ранениях созданная кожа могла даже самовосстанавливаться, как у людей, с помощью коллагеновой повязки, которая постепенно превращалась в кожу и выдерживала повторяющиеся движения суставов.

«Мы удивлены тем, насколько хорошо кожная ткань прилегает к поверхности робота, — говорят авторы работы, которая была опубликована в журнале Matter. — Но эта работа — лишь первый шаг к созданию роботов, покрытых живой кожей». Созданная кожа намного слабее натуральной и не может долго существовать без постоянного поступления питательных веществ и удаления отходов. Поэтому на следующем этапе учёные планируют решить эти проблемы и встроить в кожу более сложные функциональные структуры: сенсорные нейроны, волосяные фолликулы, ногти и потовые железы.

Японские компании будут сообща противостоять китайским производителем тяговых батарей — пока они лидируют только в сфере катодов

Три десятилетия назад корпорация Sony вывела на рынок первые серийные литиевые аккумуляторы, но к настоящему времени низкая стоимость рабочей силы и электричества, а также доступ к обширной сырьевой базе вывели китайских конкурентов на лидирующие позиции в сегменте тяговых батарей. Японские компании собираются сообща противостоять этому вызову.

 Источник изображения: Toyota Motor

Источник изображения: Toyota Motor

Для этого, как поясняет Nikkei Asian Review, была образована национальная ассоциация поставщиков батарей (BASC), в которую вошли автопроизводители Toyota Motor и Nissan Motor, добывающая компания Sumitomo Metal Mining и представители торговой отрасли. До начала прошлого десятилетия японские компании лидировали в производстве всех четырёх видов компонентов тяговых аккумуляторов: анодов, катодов, сепараторов и электролита. Сейчас лидерство сохранилось только в сегменте катодов, стоимость которых может определять половину затрат на производство аккумулятора.

В электромобилях Tesla, например, используются катоды с содержанием никеля, кобальта и алюминия. Японская компания Sumitomo Metal контролирует 49 % профильного сегмента, аккумуляторы на основе её продукции отличаются высокой плотностью хранения заряда и безопасностью. В производстве аккумуляторов и катодов Япония в значительной степени зависит от других стран. Например, 80 % гидроксида лития местные производители получают из Китая. В последнее время активно обсуждается зависимость отрасли и от поставок российского сырья — наша страна контролирует 10 % мирового рынка никеля. Компания «Норильский никель», например, также является вторым по величине поставщиком кобальта в мире.

Интерес многих автопроизводителей к более дешёвым и менее ёмким батареям на основе фосфата железа (LFP) в последние годы растёт, и это тоже оставит за бортом японские компании, поскольку мировым лидером на этом рынке остаётся китайская CATL, которой как раз и удалось за счёт экспансии LFP-аккумуляторов оказаться на вершине мирового рейтинга. В свою очередь, развитию бизнеса китайских поставщиков батарей способствовала целенаправленная политика властей КНР, которые долгие годы субсидировали продажи электромобилей внутри страны. Японские автопроизводители в этом отношении более инертны, даже если учесть, что до выхода на рынок Tesla крупнейшим производителем электромобилей считалась Nissan Motor.

Три крупнейших производителя электролита тоже расположены в Китае, там же добывается до 60 % кристаллического флюорита, который необходим для изготовления соответствующих химических составов. В сфере производства анодов преимущество тоже на стороне КНР, поскольку страна производит более половины всего натурального графита в мире, а также значительную часть искусственного. В сфере производства сепараторов известны примеры сотрудничества японских и китайских компаний, но совместные предприятия всё равно действуют на территории КНР.

Растёт важность вторичного сырья, получаемого при переработке отслуживших своё литиевых аккумуляторов. В этой сфере японские компании располагают одними из самых совершенных технологий в мире, но и здесь их пытаются потеснить китайские конкуренты вроде той же CATL. Европейские власти намереваются ввести требования, согласно которым аккумуляторы электромобилей к 2030 году должны будут содержать не менее 12 % полученных методов вторичной переработки кобальта и 4 % лития и никеля.

У японских компаний есть шанс подтвердить своё лидерство в производстве батарей с твердотельным электролитом — благо, таковые планирует использовать в своих электромобилях крупнейшая автокорпорация в мире, Toyota Motor. Но даже разрабатываемые Nissan аккумуляторы с твердотельным электролитом начнут производиться не ранее 2028 года, а китайская CATL обещает запустить альтернативное решение в виде натрийионных аккумуляторов уже в 2023 году.

Японские нефтяники будут инвестировать в разработку термоядерных реакторов

В последние два-три года тема термоядерного синтеза стала своеобразным святым Граалем в энергетике. И это закономерно: хотя мир и надеется на возобновляемую энергетику как способ декарбонизации в сфере электрогенерации, пока что «зелёные» технологии не решили проблему энергетического голода и вряд ли решат её в обозримом будущем. Термоядерные реакторы дают надежду быстрее решить вопрос с поставками чистой энергии, чем привлекают к себе внимание.

 Источник изображения: Kyoto Fusioneering

Источник изображения: Kyoto Fusioneering

Япония отстаёт в сфере разработки термоядерных установок. Если верить местным источникам, у японских компаний есть задел, но скорость движения к цели оставляет желать лучшего. Для ускорения процессов требуется больше помощи от бизнеса и желающие в этом помочь есть. Так, японская нефтедобывающая компания Inpex призналась на днях, что готова инвестировать в национальные стартапы, разрабатывающие термоядерные реакторы. Инвестиции пойдут в компании Kyoto Fusioneering в Киото, EX-Fusion в Осаке и Helical Fusion в Токио. Деньги будут выделены в этом финансовом году, который в Японии традиционно начинается 1 апреля.

Помимо японских компаний в сфере разработки термоядерных реакторов японский нефтяной гигант ведёт переговоры об инвестициях в аналогичные зарубежные компании. Это будут первые инвестиции крупной японской компании в разработчиков установок для ядерного синтеза. Компания Inpex планирует вложить несколько сотен миллионов иен в каждую компанию и постепенно довести объём средств до десятков миллиардов иен (от нескольких миллионов долларов США и выше). Компания разделяет цель Токио — коммерциализировать термоядерный синтез в 2040-х годах — и будет вкладывать в это серьёзные средства.

Японцы проложили самый длинный в мире сегмент сверхпроводящего силового кабеля

По данным японских источников, в префектуре Миядзаки подрядчик протянул самый длинный в мире сегмент сверхпроводящего силового кабеля для передачи электричества почти с нулевыми потерями. Кабель охлаждается сравнительно недорогим жидким азотом, а его длина составляет 1,5 км. Перевод электроснабжения поездов на сверхпроводящие кабели позволит сохранить средства на обслуживание силовых подстанций и избежать затрат на компенсацию потери мощности.

 Источник изображения: Kotaro Fukuoka/Nikkei

Источник изображения: Kotaro Fukuoka/Nikkei

Сверхпроводимость в энергетике — это назревшее решение. Потребление и нагрузки растут, что также увеличивает потери. Новый класс материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью позволяет вместо жидкого гелия использовать для охлаждения сравнительно недорогой жидкий азот, который позволяет охлаждать кабель до температуры –196 °C. Затраты на охлаждение компенсируются выигрышем от предотвращения потерь уже с 1-км сегмента кабеля, что должно найти подтверждение при эксплуатации опытного сегмента.

Кроме того, сегодня для компенсации потерь на каждые 3 км силового кабеля необходимо строить подстанцию, эксплуатация каждой из которых обходится японским железнодорожным компаниям до $170 тыс. ежегодно. Суммы набегают приличные, плюс 4 % от прямых потерь электричества в кабелях на всех магистралях. Тем самым переход на сверхпроводящее снабжение сулит прямые выгоды для всех.

Проблемами передачи электричества по сверхпроводящим кабелям заняты во всех ведущих странах. В ноябре прошлого года в Китае завершены работы по прокладке 1,2-км сегмента силового сверхпроводящего кабеля. Существует проект прокладки 2,5-км сверхпроводящего кабеля для соединения малого энергокольца Санкт-Петербурга. Под Мюнхеном в прошлом году начали прокладывать 12-км сверхпроводящую энерготрассу, а также ряд других проектов.

Изучением мозга водителей заняты многие японские автопроизводители — это поможет улучшить ИИ автопилотов

Мы уже сообщали, что компания Honda Motor изучает активность мозга водителей для анализа ошибок в аварийных ситуациях. Оказалось, этим заняты и другие ведущие японские автопроизводители. Компании Nissan, Mitsubishi, Toyota также занимаются распознаванием активности различных участков мозга человека во время вождения, надеясь таким образом научить автопилот автомобилей помогать водителю избегать аварийных ситуаций и даже автоматически их предотвращать.

 Источник изображения: Kotaro Abe

Источник изображения: Kotaro Abe

Глобальной целью компании Honda Motor является исключение к 2050 году аварий со смертельными случаями с участием машин и мотоциклов её производства. Ближней целью Honda стало создание системы предупреждения водителя об опасных ситуациях на дороге. Изучение активности мозга водителя с использованием сканеров МРТ во время езды на симуляторе даёт возможность оценивать внимательность водителя к деталям дорожной обстановки.

Например, внимание водителя может быть приковано к пешеходу на переходе, а движение велосипедиста он может не заметить, хотя тот будет в его поле зрения. В такой ситуации автопилот даст знать об опасности, сильнее затянув ремень безопасности. И лишь переключение внимания на велосипедиста даст автопилоту понять, что водитель в курсе обстановки, после чего ремень будет автоматически ослаблен. Подобная чувствительность к активности мозга выглядит фантастикой, но компания намерена реализовать подобные механизмы в своих машинах после 2025 года.

Бортовые системы автомобилей в представлении разработчиков научатся распознавать мыслительные процессы в головах водителей и предугадывать их действия, где подсказывая правильную стратегию вождения, а где помогая взять ситуацию под контроль. Сложность решения задачи неимоверная, помноженная на то, что каждый по-разному оценивает ситуацию и при этом задействует отличающиеся отделы мозга.

По данным Mitsubishi Research Institute, к 2024 году мировой рынок «мозговых» технологий, сочетающих технологии и нейробиологию, вырастет до 5 трлн иен ($43 млрд). Прежде всего, это здравоохранение и медицинское обслуживание с долей рынка до 80 %, но на долю немедицинского сектора и, в частности, автомобильного придётся 20 % или почти 1 трлн иен.

Компания Nissan с помощью гарнитуры надеется распознавать и устранять довольно частую ошибку, когда водитель путает педаль тормоза и газа. Бортовые системы учатся различать намерения водителя нажать на одну или другую педаль применительно к ситуации на дороге и предотвращать ошибочные действия. Аналогичным образом компания рассчитывает держать дистанцию между движущимися в потоке машинами, если водитель начинает чувствовать себя некомфортно при сближении с идущей впереди машиной.

Подобными исследованиями занимаются в Toyota Motor совместно с исследователями Riken Brain Science Center. В Европе за такими же работами замечена компания Mercedes-Benz. Ветераны автомобильной отрасли не хотят уступать молодым игрокам вроде компании Tesla, которая славится своими автопилотами. К автопилотам Tesla тоже есть вопросы, но она ушла вперёд и тем же японцам приходится догонять её всеми возможными способами.

IBM построила в Японии квантовый компьютер Q System One — второй за пределами США

В Японии торжественно введён в эксплуатацию второй за пределами США квантовый компьютер компании IBM — 27-кубитовая система Q System One. Первый компьютер Q System One развёрнут в самой IBM, а второй построен в Германии. Эти системы обеспечивают прямой доступ к квантовому вычислительному «железу», что в массе случаев лучше доступа через облака. С помощью установки IBM японцы надеются разработать квантовые алгоритмы для разного практического применения.

 Источник изображения: IBM

Источник изображения: IBM

Система IBM Q System One оперирует процессором Falcon с 27 кубитами в виде колец, охлаждённых до температуры вблизи абсолютного нуля — до -273,15 °C. Такая температура, которую обеспечивает встроенная в систему криогенная установка на смеси гелия-4 и гелия-3, помогает кубитам оставаться стабильными достаточное для проведения вычислений время. Для считывания состояний кубитов и для управления используются микроволновые излучатели, контроллер которых расположен на тыльной стороне установки.

Данная система относится к квантовым компьютерам без коррекции ошибок — NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum). Поэтому основной темой исследований будет поиск алгоритмов, которые могли бы обходить это ограничение.

 Источник изображения: IBM

Источник изображения: IBM

Система IBM Q System One построена по заказу и в сотрудничестве с Токийским университетом. Для доступа к квантовому компьютеру летом прошлого года создан консорциум Quantum Innovation Initiative Council (QII Council), в который вошли некоторые крупные японские компании и учебные заведения. Система, кстати, испытывается с начала июля и уже показала обнадёживающие результаты. Исследователи надеются, что практическая работа на установке многих коллективов поможет найти практическое применение таким установкам в течение пяти лет или около того.

Японцы приступили к созданию космического аватара с руками-манипуляторами

Японское агентство аэрокосмических исследований JAXA расширило программу исследований по созданию дистанционно управляемых аватаров космического назначения. Проект должен привести к созданию платформы для проведения дистанционных работ на космических станциях, в открытом космосе и на других планетах.

 Источник изображения: JAXA

Источник изображения: JAXA

На базе японского отсека на МКС уже развёрнут аватар newme компании avatarin. Это дистанционно управляемая с Земли система с эффектом присутствия. С помощью newme удалённый оператор может совершить экскурсию по отсеку «Кибо» на Международной космической станции. Но аватар newme создан для общения и связи, тогда как новый проект «Космического аватара» (Space Avatar) направлен на создание более-менее полноценного помощника для космонавтов.

 Коммуникационный аватар на МКС. Источник изображения: avatarin

Коммуникационный аватар на МКС. Источник изображения: avatarin

В качестве третьего партнёра проекта выбрана Школа инженерии Токийского университета. Этот совместный проект является последним, определённым для участия в инициативе JAXA «Космические инновации посредством партнерства и совместного творчества» (J-SPARC). Сроки проекта не приведены, но его завершение ожидается в течение нескольких следующих лет.

 Проект «Космического аватара». Источник изображения: avatarin

Проект «Космического аватара». Источник изображения: avatarin

В России и в других странах также работают над подобными системами дистанционного управления. На МКС испытали антропоморфную российскую дистанционную систему «Фёдор» и готовят такую же систему для работ в открытом космосе.

Учёные смогли впервые наблюдать за облаками в ночном небе Венеры — это поможет изучать погоду на других планетах

Одна из загадок погоды Венеры — это супервращение её атмосферы, скорость движения которой вдоль экватора достигает 350 км/ч. Из-за этого облака сливаются в одну непрерывную картину, в которой сложно разглядеть детали — отдельные воздушные потоки, которые помогают понять формирование погодных условий на планете. Ещё хуже с ночной стороной Венеры, когда разглядеть нельзя почти ничего. Преодолеть этот барьер смогли японские учёные.

 Глобальные процессы в атмосфере Венеры. Источник изображения: JAXA/Imamura

Глобальные процессы в атмосфере Венеры. Источник изображения: JAXA/Imamura

Сегодня в журнале Nature вышла статья за авторством группы учёных Токийского университета, в которой рассказывается о разработке методики наблюдений за циркуляцией облаков над ночной стороной Венеры. Сочетание высокой скорости движения облачного покрова с отсутствием солнечного освещения не позволяло в деталях изучить перемещение отдельных облачных масс. Во всяком случае, это было невозможно для установленных на борту японского орбитального автоматического зонда Akatsuki (Planet-C) инфракрасных датчиков изображения, отправленного к Венере в 2010 году и приступившего к исследованиям в 2015 году.

Японцы разработали технологию компенсации шумов в изображениях облачного покрова ночной Венеры, которая дала превосходный результат. Предварительные данные показали, что ночью циркуляция воздушных масс в атмосфере планеты меняет направление на 180 градусов: с экваториально-полярных днём на полярно-экваториальные ночью. Это может объяснить механизм супервращения атмосферы Венеры, который подпитывает сам себя. О дневной полярной циркуляции было известно давно, но ночная — в верхних слоях атмосферы — выявлена только сейчас.

 Выявленная из шумов термальная сигнатура облаков на ночной стороне Венеры. Источник изображения: JAXA/Imamura

Выявленная из шумов термальная сигнатура облаков на ночной стороне Венеры. Источник изображения: JAXA/Imamura

Учёные рассчитывают, что уточнение формирования погодных условий в атмосфере Венеры поможет пролить свет на геологическую историю планеты, а также поможет уточнить протекание погодных процессов на других планетах, включая нашу Землю. Венера и Земля по массогабаритным и ряду геологических особенностей практически близнецы, что позволяет применять к обеим сходные модели поведения и прогнозирования.

Арабский луноход доставит на Луну американская ракета и японский посадочный модуль немецкой сборки

В 2022 году японский стартап iSpace собирается доставить на Луну арабский луноход и стать одной из первых частных компаний, достигнувших естественного спутника Земли. Это не первое сотрудничество японских и арабских разработчиков космических систем. Недавно арабскую станцию «Надежда» на орбиту Марса доставила ракета-носитель Mitsubishi Heavy Industries H-IIA. Но с доставкой лунохода японцам и арабам помогут европейские и американские компании.

 Эских лунного посадочного модуля

Эскиз лунного посадочного модуля iSpace. Источник изображения: iSpace

Для доставки арабского лунохода компания iSpace спроектировала посадочный модуль весом 240 кг, высотой 2,3 м и шириной 2,6 м. Сборкой модуля будет заниматься компания ArianeGroup, которая также предоставит свою двигательную установку. Затем модуль отвезут в США, откуда её на орбиту Земли выведет ракета-носитель Falcon 9 компании SpaceX. Путь на орбиту Луны модуль совершит самостоятельно, после чего прилунится и спустит луноход.

В ходе этой миссии также планируется испытать новую твердотельную батарею компании NGK Spark Plug. Аккумулятор специально создан для работы в условиях экстремальной среды на нашем спутнике и должен будет подтвердить заявленные характеристики.

В ближайшие годы на Луне будет тесно. Не считая подготовки к пилотируемым миссиям NASA по программе «Артемида», Луну собираются осваивать многие частные компании. В NASA также поддерживают программу Commercial Lunar Payload Services по доступу частного бизнеса к исследованию Луны. Главными направлениями этой программы станет поиск воды и других ресурсов, которые помогли бы в создании устойчивого присутствия человека на Луне.

Полимерные аккумуляторы APB начнут выпускать в Японии не позже октября

Бывший разработчик аккумуляторных батарей компании Nissan пообещал запустить коммерческое производство безопасных полимерных аккумуляторов не позже октября текущего года. В перспективе аккумуляторы компании APB (all polymer battery — полностью полимерные батареи) окажутся дешевле литийионных и проникнут как в автопром, так и в потребительскую технику, включая смартфоны.

 Аккумулятор компании APB. Источник изображения: Akane Okutsu

Аккумулятор компании APB. Источник изображения: Akane Okutsu

О подготовке к производству батарей APB без металлов в своём составе глава компании Хидэаки Хори (Hideaki Horie) сообщил в середине прошлого года. Батареи APB изготавливаются прокатным методом в листах до десяти метров, что делает производство довольно дешёвым. Стек необходимой ёмкости создаётся простым укладыванием слоёв друг на друга. Помимо прочего, такая структура делает полимерные аккумуляторы более устойчивыми к внешним воздействиям, что пригодится для установки в электромобили.

Впрочем, на первом этапе выпуска новинок расчёт делается на системы хранения энергии. К этому также подталкивает относительно низкая плотность хранения энергии в батареях APB по сравнению с современными литиевыми аккумуляторами. Япония и другие развитые страны с высокой долей «зелёной» энергетики остро нуждаются в доступных и надёжных системах накопления электричества. Батареи APB, уверены в компании, идеально для этого подходят, поскольку за счёт укладывания слоями будут занимать в три раза меньше места (при равной плотности хранения энергии), чем обычные литиевые аккумуляторы.

«На рынке [стационарной электроэнергии] нет конкурентов, — подчеркнул Хори. — Ориентация на наши массивные системы хранения поможет компании увеличить производство и снизить затраты». Компания APB планирует открыть в этом году завод в префектуре Фукуи в Японии для производства аккумуляторов суммарной ёмкостью 3 ГВт·ч в год. Примерно к 2025 году производство увеличится до 30 ГВт·ч при стоимости около 10 ($0,09) иен за ватт-час. В будущем затраты должны упасть примерно до 5 иен, что намного ниже текущего диапазона цен на аккумуляторные блоки.

Японские учёные обнаружили фотоэффект в материалах, в которых его никогда не было. Они могут улучшить солнечные панели

Учёные из Токийского университета обнаружили фотогальванический эффект в материалах, которые ранее не рассматривались в качестве основы для солнечных панелей. Оказалось, что если некоторые материалы сложить определённым образом, то на их стыках падающий свет возбуждает электроны из-за чего начинает течь электрический ток. Открытие позволило взглянуть на фотоэффекты под новым и неожиданным углом, что может привести к появлению новых солнечных панелей.

 Два 2D-материала в связке ведут себя не так, как каждый из них потдельности. Источник изображения: The University of Tokyo

Два 2D-материала в связке ведут себя не так, как каждый из них по отдельности. Источник изображения: The University of Tokyo

Исследователи изучали так называемые 2D-материалы, широко известным представителем которых является графен. Их внимания удостоился чёрный фосфор (BP) и селенид вольфрама (WSe2). Каждый из этих материалов не проявляет фотогальванических свойств, сколько на него не свети, но если один материал наложить на другой особенным образом, то под воздействием света в нём начинает течь электрический ток. Также такой «бутерброд» начинает демонстрировать поляризацию, чего нет у обоих материалов по отдельности

Самым важным в этом открытии стало то, что результирующий эффект отличается от фотоэлектрического эффекта, обычно обнаруживаемого в известных солнечных элементах, и потенциально превосходит его. Тем самым появляется надежда на создание очень и очень эффективных солнечных ячеек из материалов, которые не были способными на фотоэффект. По крайней мере, учёные нащупали ещё один путь повысить КПД солнечных панелей.

Следует сказать, что границы раздела нескольких 2D-материалов часто проявляют свойства, отличные от свойств отдельных кристаллов. Поэтому изучение свойств комбинаций из таких материалов — это осознанный выбор для исследований. Секрет открытия японских учёных в том, что они подобрали ключ к правильной комбинации материалов. Выяснилось, что фотоэффект в случае наложения чёрного фосфора на селенид вольфрама возникает только тогда, когда линии зеркальной симметрии кристаллических структур каждого из них совпадают заданным образом (у чёрного фосфора одна линия симметрии, а у селенид вольфрама их три).

 Лазерный луч заставляет течь электрический ток в материалах, ранее не демонстрировавших фотоэффекты. Источник изображения: The University of Tokyo

Лазерный луч заставляет течь электрический ток в материалах, ранее не демонстрировавших фотоэффекты. Источник изображения: The University of Tokyo

«Самая большая проблема для нас будет заключаться в том, чтобы найти хорошее сочетание 2D-материалов с более высокой эффективностью выработки электроэнергии, а также изучить влияние изменения ориентации слоёв, — сказал Тошия Идею (Toshiya Ideue), один из ведущих разработчиков исследования. — Но так приятно открывать невиданные ранее генерирующие свойства материалов. Надеюсь, что однажды это исследование сможет улучшить солнечные батареи».

Японцы разработают новые источники питания для электрических ракетных двигателей следующего поколения

Российский космос делает ставку на электрические ионные ракетные двигатели, а японцы намерены выжать всё возможное из электрических ракетных двигателей на эффекте Холла. Для этого Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) объединило свои усилия и опыт с опытом компании Furukawa Electric. Вместе они собираются совершить революцию в источниках питания для электрических ракетных двигателей нового поколения.

 Принцип работы электрического ракетного двигателя на эффекте Холла. Источник изображения: JAXA

Принцип работы электрического ракетного двигателя на эффекте Холла. Источник изображения: JAXA

Согласно статистике и прогнозам, запуск малых коммерческих космических аппаратов быстро набирает силу и будет непрерывно прогрессировать. Причин тому много, самые основные — их легче проектировать, собирать и запускать в космос. Такие аппараты разумно оснащать электрическими двигателями, ресурс и длительность автономной работы которых выше, чем у химических двигателей. Для этих целей JAXA создаёт двигатель на эффекте Холла мощностью 1 кВт. При равных габаритах электрические двигатели на эффекте Холла создают более сильную тягу, чем электрические ионные двигатели, что для малых спутников более чем разумно.

Компания Furukawa Electric имеет серьёзный опыт по разработке источников питания и соответствующей обвязки. В сочетании с опытом JAXA по эксплуатации устройств в космосе специалисты Furukawa обещают представить компактные и лёгкие источники питания с использованием передовой электроники в инверторах, а именно — на чипах из нитрида галлия (на полупроводниках с широкой запрещённой зоной).

К сожалению, пока нет ясности в том, что будет служить источником электричества для ракетных двигателей. Не исключено, что японцы применят для накопления энергии новое поколение твердотельных литиевых аккумуляторов, которые способны работать в открытом космосе. Испытания таких аккумуляторов осенью этого года начнётся на МКС в составе японского научного модуля.

 Статистика и прогноз по запускам малых космических аппаратов. Источник изображения: JAXA

Статистика и прогноз по запускам малых космических аппаратов. Источник изображения: JAXA

Новые источники питания для электрических ракетных двигателей JAXA и Furukawa обещают испытать на орбите в 2025 году, а в 2026 году приступить к коммерциализации разработки.

Ведущий производитель электромоторов для HDD инвестирует $10 млрд в тяговые двигатели для электромобилей

Японская компания Nidec, монополист рынка электродвигателей для жёстких дисков, собирается инвестировать в производство электродвигателей для электромобилей. Суммы запланированных инвестиций могут впечатлить годовые бюджеты большинства стран мира. За пять лет в расширение производства электродвигателей Nidec рассчитывает вложить не менее $10 млрд.

 Источник изображения: Nidec

Источник изображения: Nidec

По словам руководства Nidec, развитие транспорта на электрической тяге лишило традиционных автопроизводителей главного преимущества — накопленного опыта и наработок и, в целом, традиций проектирования и выпуска автомобилей на ДВС. Рынок электромобилей начал развиваться настолько бурно, что заниматься разработкой электродвигателей самостоятельно становится для автопроизводителей невыгодным. И они начали искать готовые решения у специализированных компаний, в частности — у Nidec.

На этом фоне и с учётом огромного опыта Nidec решила стать законодателем мод на рынке тяговых электродвигателей для электромобилей. Более того, руководство компании уверено, что в будущем весь транспорт перейдёт на электрические двигатели, включая авиацию. Чтобы доминировать на таком рынке не жалко никаких инвестиций. Вложив в расширение производства до $10 млрд за пять лет компания рассчитывает к 2025 году захватить 25 % рынка двигателей для электромобилей и от 40 % до 45 % к 2030 году.

В ближайшие планы компании входит расширение производства с целью поставлять до двух млн автомобильных электродвигателей китайским автопроизводителям и до одного млн европейским. После открытия ещё одного моторного завода в Мексике производственная мощность компании к 2025 году достигнет 5 миллионов двигателей в год.

За последние пять лет Nidec увеличила продажи на 50 %. Сегодня компания поставляет электромоторы 22 клиентам, преимущественно из Китая и Европы. Ожидаемый рост годовой операционной прибыли компании составит 27 % (в марте 2021 года) и достигнет 140 млрд иен ($1,33 млрд). Годовая выручка компании вырастет на 1 % и достигнет 1,55 трлн иен ($14,8 млрд), а за счёт слияний и поглощения доберётся до ещё большей отметки в 2 трлн иен ($19 млрд).

За шесть месяцев финансового года до сентября (финансовый год в Японии начинается в апреле) операционная прибыль Nidec выросла на 12 % до 69,1 млрд иен, чему способствовал высокий спрос на двигатели для жёстких дисков в центрах обработки данных и портативных компьютеров. Это тот багаж, которого у Nidec не отнять. Но пройдёт ещё лет пять и, вероятно, в ваших ноутбуках и электромобилях будут работать двигатели одной и той же торговой марки. Забавный и не самый плохой вариант будущего.

Ведущий производитель электромоторов для HDD нацелился на тяговые двигатели для электромобилей

На днях японская компания Nidec назвала себя «Теслой» среди производителей двигателей для электромобилей. По словам руководителя Nidec, всё больше и больше компаний нуждаются в совершенных электродвигателях для электрического транспорта. Компания Nidec как никто разбирается в электродвигателях и готовится начать выпускать сравнительно недорогие и качественные электродвигатели.

 Пример автомобильного тягового электродвигателя Nidec (изображение компании)

Пример автомобильного тягового электродвигателя Nidec (изображение компании)

Имя компании Nidec стало широко известно около десяти лет назад, когда очередное наводнение в Таиланде затопило заводы производителей жёстких дисков, а заодно и заводы Nidec, на которых собирались электродвигатели для жёстких дисков. Тогда выяснилось, что свыше 70 % электродвигателей для HDD выпускает именно эта японская компания, что не отменяет того факта, что у неё это очень хорошо получается. Поэтому действительно можно ожидать, что электродвигатели для электромобилей она тоже сможет выпускать на очень высоком уровне качества по адекватной цене.

Важно отметить, что Nidec, вопреки современным тенденциям, не боится инвестировать в Китай. В частности, недавно она открыла в Китае новый центр разработок. Более того, основными потребителями тяговых двигателей Nidec для электромобилей сегодня являются китайские компании. По словам производителя, свыше 10 из её 15 клиентов во всём мире ― это китайцы.

Компания Nidec собирается конкурировать с соперниками не только инновациями и качеством двигателей, но также и ценой. Она обещает в два раза снизить себестоимость производства электродвигателей для электромобилей и уже добилась 30-процентного снижения себестоимости. В конечном итоге Nidec собирается выпускать электродвигатели, которые будут существенно дешевле конкурирующих предложений без ухудшения эксплуатационных характеристик.

Пандемия коронавируса SARS-CoV-2 сократила спрос на электродвигатели для электромобилей, что затронуло Nidec так же, как и других производителей, но она обещает достойно выйти из кризиса. «Производство автомобилей прекратилось. Но тенденция к электрификации продолжается. Все больше и больше компаний хотят производить электромобили», ― заявил глава компании Шигенобу Нагамори (Shigenobu Nagamori).

«Мы как Tesla в бизнесе электромоторов для автомобилей», ― сказал Нагамори. Отметив, что Tesla недавно обогнала Toyota Motor по капитализации и стала самым дорогим автопроизводителем в мире, он пояснил: «Это потому что инвесторы ожидают перехода на электромобили. Мы должны подготовиться к радикальному сдвигу».

Впрочем, пандемия даже помогла Nidec. Удалённая работа увеличила спрос на ноутбуки и электродвигатели для систем охлаждения мобильных ПК. Также стали востребованы электродвигатели для масок медицинского назначения. Эти направления позволяют Nidec в целом неплохо оценивать выручку в текущем финансовом году, хотя она прогнозируется на пару процентов меньше, чем в прошлом.

Японцы повышают эффективность добычи электричества из вибраций

Для питания носимой электроники и множества датчиков наравне с добычей электричества из света, радиоволн и тепла изучается вопрос получения энергии из вибраций. Вокруг нас вибрирует и трясётся практически всё. Амплитуда раскачки высотных зданий, например, может достигать многих десятков сантиметров. Было бы заманчиво использовать вибрации ― это практически вечная бесплатная энергия для питания маломощной электроники.

 Пример электростатического генератора электрчества

Пример электростатического генератора электричества

В процессе добычи электроэнергии из вибраций используются электромагнитные, электростатические и пьезоэлектрические принципы преобразования колебаний в ток. Две группы японских учёных из Токийского технологического института и Токийского университета решили усовершенствовать идеальный для широкого спектра низкочастотных вибраций электростатический метод. В частности, учёные предложили новый подход для электростатической добычи электроэнергии с помощью микроэлектромеханических схем MEMS.

До сих пор преобразователь вибраций в электричество строился на основе интеграции в MEMS электрета ― постоянно заряженного диэлектрика. Вибрации заставляли электрод на подпружиненном контакте перемещаться вдоль заряженного электрета, что вело к возбуждению электрического тока. Фактически электрод с пружиной представляет собой переменную ёмкость (конденсатор), а электрет ― постоянную. Поэтому сила генерируемого тока и напряжение зависят не только от амплитуды и частоты колебаний, а также от величин ёмкости переменного конденсатора и электрета. К сожалению, подобная схема не позволяет в значительной степени манипулировать ёмкостью электрета, поскольку он ограничен размерами чипа MEMS.

 Улучшенный вариант электростатического MEMS-генератора (Tokyo Institute of Technology and the University of Tokyo)

Улучшенный вариант электростатического MEMS-генератора (Tokyo Institute of Technology and the University of Tokyo)

Японские учёные предложили усовершенствовать генератор, для чего вынесли электрет за пределы MEMS. Это очевидное, но непростое решение. В такой схеме повышается паразитная ёмкость за счёт разного рода прослоек, в том числе ― воздушных. Снизить потери удалось за счёт послойного (в виде бутерброда) изготовления двух чипов: MEMS и электретного. На очереди испытания и доработка конструкции, как и её составных частей. До коммерческого воплощения разработки пройдут годы, сообщают учёные, но когда-нибудь мелкая электроника сможет обойтись без батареек.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Прибыль CD Projekt подскочила в третьем квартале на 500 % благодаря успеху Cyberpunk 2077 10 ч.
Криптовалютная компания BlockFi, которая занимала деньги у FTX, объявила о банкротстве 10 ч.
Новый возрастной рейтинг намекает на скорые новости о дате выхода файтинга Street Fighter 6 10 ч.
Переработанная и улучшенная стратегия The Settlers от Ubisoft выйдет в феврале 2023 года под новым названием 12 ч.
Ирландия оштрафовала Meta на €265 млн за утечку данных более 500 млн пользователей Facebook 12 ч.
В Steam бесплатной навсегда стала вдохновлённая GTA 2 королевская битва Gene Shift Auto 14 ч.
По стопам Telegram: в WhatsApp теперь можно отправлять сообщения самому себе 15 ч.
«Веры в неё однозначно было немного»: команда разработки первой GTA считала, что игра обречена на провал 15 ч.
«Сбер» перевёл инфраструктуру своего умного дома на собственное ПО — раньше у неё возникли проблемы из-за санкций 15 ч.
Представлено решение «Базис.vCore» для виртуализации IT-инфраструктуры предприятий 16 ч.
Sony будет снабжать датчиками изображения нового поколения Apple iPhone следующего модельного года 42 мин.
Сроки доставки iPhone Pro покупателям достигли нового антирекорда 2 ч.
Власти Южной Кореи готовы предоставить Tesla особые преференции, если та построит предприятие на территории страны 2 ч.
Новая статья: Обзор смартфона Infinix Zero Ultra: 200 мегапикселей и 180 ватт 9 ч.
Запуск нескольких телекоммуникационных спутников «Экспресс» отложили на один-два года 12 ч.
Tesla в следующем году обновит дизайн Model 3 — основные изменения будут в интерьере 12 ч.
Производство аккумуляторов для электромобилей в Китае превысит локальный спрос втрое к 2025 году 13 ч.
Поставки экранов для ноутбуков в октябре рухнули до минимума за 10 лет и падение продолжится 16 ч.
Rolls-Royce впервые испытала современный авиадвигатель на водороде 17 ч.
Капитальные затраты в полупроводниковой отрасли в 2023 году упадут, как никогда за 14 лет 18 ч.