Инженеры Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) при Массачусетском технологическом институте (MIT) предложили технологию PhotoGuard, которая усложняет изменение изображений при помощи алгоритмов искусственного интеллекта.

Слева направо: исходное изображение, отредактированное изображение без защиты, отредактированное изображение с защитой «кодировщик», отредактированное изображения с «диффузионной» защитой. Источник изображения: MIT

Основанные на ИИ генераторы изображений Dall-E и Stable Diffusion — это лишь начало новой эпохи обработки графики. ИИ может не только генерировать новые картинки, но и с высоким качеством редактировать существующие, открывая простор для потенциальных злоупотреблений в виде дипфейков. Инженеры MIT CSAIL предложили технологию PhotoGuard, способную помочь защититься от подобных инцидентов.

Технология включает два метода атак на алгоритмы ИИ: «кодировщик» (encoder) и «диффузия» (diffusion). Первый метод добавляет скрытое представление защищаемого изображения — технология особым образом изменяет отдельные пиксели на картинке и не позволяет ИИ распознать содержимое картинки, а значит, блокирует для него возможность её отредактировать.

Второй, более продвинутый и ресурсоёмкий метод «диффузионной» атаки маскирует в «глазах» ИИ одно изображение под другое. В результате ИИ пытается изменить лишь ту картинку, которую он «видит», но не трогает исходную, в результате чего генерируемое им изображение выглядит нереалистично.

Инженеры из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) при Массачусетском технологическом институте (MIT) продемонстрировали платформу PIGINet (Plans, Images, Goal, Initial Facts — «планы, изображения, цели и исходные факты»), предназначенную для навигации и планирования задач домашних роботизированных систем.

Источник изображения: MIT CSAIL

Человеческое жилье представляется роботу довольно сложной средой — машины лучше ориентируются на складах и в производственных цехах с их более простой навигацией и строгой организацией пространства. А для успешного выполнения задач большинству роботов необходим план помещения. Ситуация осложняется тем, что жилища могут значительно отличаться друг от друга, а интерьеры в них ещё и динамичны — люди любят переставлять мебель и разбрасывать вещи. Самыми распространёнными бытовыми роботами являются пылесосы, но и они, отработав не одно десятилетие на рынке, продолжают совершенствоваться.

Подспорьем в решении проблемы обещает стать платформа PIGINet, в основе которой лежит универсальный кодировщик-трансформер, предназначенный для обработки последовательностей данных. «Входящей последовательностью в данном случае является информация о том, какой план задач рассматривается, изображения среды, символьные кодировки исходного состояния и желаемая цель. Кодировщик объединяет планы задач, изображения и текст, чтобы составить прогноз относительно выполнимости выбранного плана задач», — пояснили авторы проекта механизм работы модели.

В существующей версии система преимущественно ориентирована для работы на кухне. Она моделирует рабочую среду и создаёт планы объектов, включающие в себя стойки, шкафчики, холодильник, раковины и т. д. По словам разработчиков, в большинстве случаев система позволяет сократить время планирования задач на 80 %, а в более сложных случаях это 20–50 %. В перспективе, говорят создатели PIGINet, система при выявлении невыполнимых задач должна научиться предлагать альтернативные сценарии — это в корне изменит процесс обучения роботов и механизмы их использования в каждом доме.

У электрической авиации проблемы не только с аккумуляторами. Мощные и лёгкие электрические двигатели тоже остаются предметом мечтаний авиационных конструкторов. Свой вариант решения этой проблемы предложили инженеры из Массачусетского технологического института. Электродвигатель MIT обещает мощность 1 МВт при собственном весе около 58 кг. С таким решением электрическая авиация взлетит в прямом и в переносном смысле этого слова.

Источник изображения: Airbus

Согласно расчётам NASA, удельная мощность электрических двигателей для среднемагистральных самолётов и, в целом, для самолётов большой грузоподъёмности должна быть не ниже 13 кВт/кг. Представленный инженерами MIT двигатель обещает удельную мощность 17 кВт/кг, что существенно лучше рекомендаций NASA. К сожалению, в готовом собранном виде нового двигателя пока нет. Разработчики пока испытали лишь отдельные его компоненты.

Конструктивно новый двигатель — это как бы вывернутый наизнанку классический электрический двигатель. Его ротор находится не внутри статора, а окружает его. В основе ротора лежит барабан из титана, по внутренним стенкам которого закреплены постоянные магниты. Статор у нового двигателя — это стальной цилиндр с шипованной поверхностью. Он помещается внутрь ротора, а обмотка ложится на шипы особенным образом.

Токами в обмотке управляет сложная силовая электроника из 30 изготовленных на заказ «печатных плат». Синхронизированная с вращением барабана подача токов в обмотки позволит разгонять двигатель до рекордных оборотов. Подобная конструкция позволила избежать изготовления массивных ротора и статора и кратно облегчила вес двигателя.

Источник изображения: MIT

Также оригинально спроектирована система отвода тепла от статора. Статор закреплён на теплоотводе со множеством сквозных отверстий. С торца они выглядят как соты и лучше всего такой узел напечатать на 3D-принтере. Вращение ротора создаёт поток воздуха в объёме двигателя и выбрасывает его наружу. Представленный двигатель будет выделять на полной мощности 1 МВт около 50 кВт тепла. Утверждается, что предложенное решение сможет отводить от двигателя столько же тепла, как «от 500 100-Вт ламп накаливания в объёме небольшого пивного бочонка».

Если подобные электрические двигатели будут доступны авиационным конструкторам, то это изменит ландшафт авиации будущего. Полностью электрические самолёты могут получить совершенно иной дизайн. Например, вместо пары больших и мощных двигателей они смогут опираться в полёте на несколько небольших двигателей на передних кромках крыльев или даже на фюзеляже. Более того, это время может наступить гораздо раньше появления сверхъёмких аккумуляторов. В этом помогут гибридные системы с питанием от водородных или аммиачных ячеек. Для реализации этой истории не хватало электрического двигателя и теперь он очень близок к появлению.

Футбол является динамичной игрой, неплохо подходящей для тренировки роботов, да и соревнования между машинами получаются зрелищными, так что они проводятся с 1990-х годов, как, например, RoboCup. В подобных состязаниях обычно участвуют двуногие роботы, однако в Массачусетском технологическом институте (MIT) создали робособаку DribbleBot и научили играть в футбол.

Источник изображения: MIT CSAIL

DribbleBot создан с прицелом на использование в разных средах — он способен перемещаться по разным ландшафтам, сохраняя устойчивость на снегу, песке, в грязи и на траве. Благодаря этому, система получает возможность обучаться футболу с дополнительным уровнем сложности.

По словам исследователей из MIT, ранее разработчики упрощали проблему, рассматривая ведение мяча на ровной твёрдой поверхности. Кроме того, речь шла только о поочерёдных беге и манипуляциях с мячом. Благодаря последним технологическим достижениям, команда Improbable Artificial Intelligence Lab, входящая в состав занимающейся ИИ лаборатории Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), создала более сложную систему, позволяющую одновременно бежать и управлять мячом.

Робот действительно способен работать в траве, в песке, на гравии, в грязи и снегу. Залогом успешного обучения является многократное повторение циклов — там, где реальный робот выполняет один проход, его цифровой двойник в то же время параллельно совершает 4 тыс. в виртуальном пространстве. В конечном счёте речь идёт не только и не столько о применении четвероногого робота для игры в футбол. Учёные хотят научить роботов ходить где угодно.

Можно не сомневаться, что осваивать Солнечную систему и исследовать новые миры в основном будут автоматические системы и многочисленные роботы. Это заставляет создавать роботов как универсальные платформы с возможностью простой модификации, чтобы была возможность решать как можно более широкий круг задач. Для этого отдельные детали роботов и особенно конечности должны быть гибкими и по назначению, и по сути, а лучшей моделью для этого оказались земляные черви.

Источник изображений: MIT

В процессе создания универсальной роботизированной платформы для космических программ группа исследователей из Массачусетского технологического института придумала концепцию модульного шагающего робота WORMS (Walking Oligomeric Robotic Mobility System), ноги которого имели бы подвижные сочленения подобно телу червей. Также благодаря продуманным креплениям с использованием штифтов ноги, а в более широком смысле конечности, могут быстро крепиться к шасси и так же просто сниматься и заменяться на другие функциональные элементы без использования специальных инструментов.

Как объясняют разработчики, сегодня это платформа для переноса тяжестей с одного места на другое, например, на Луне, а завтра робот с изменённой конфигурацией отправится бурить скважины в лавовые трубки. Для одной и другой задачи понадобятся одинаковые базовые элементы и немного различающийся набор конечностей. При этом возможность конструктора будет подкреплена гибкостью конечностей, сочленения и конструкцию которых совершенствуют в MIT.

Инженеры института создали и испытали два прототипа шасси WORMS, один из которых был способен перемещаться сам, транспортируя собственный немалый вес около 120 кг с помощью шести гибких ног, а второй мог нести полезную нагрузку до 400 кг. Прототипы были продемонстрированы на одной из тематических конференций IEEE, где разработчики показали возможность простой сборки и изменения в конфигурации робота буквально на коленке без применения специальных инструментов. Для отдалённых космических баз — это лучшее решение.

Команда Массачусетского технологического института (MIT) обосновала выгоды извлечения углекислого газа из морской воды, а не из атмосферы. Данные исследования изложены в работе в журнале Energy & Environmental Science. Практическая демонстрация предложенной технологии будет проведена в течение следующих двух лет. Если всё получится, в мире появится новый вид бизнеса — извлечение CO₂ из морей и океанов на коммерческой основе и без субсидий.

Источник изображения: MIT

Согласно данным МЭА (International Energy Agency) за 2022 год, самые эффективные технологии улавливания углекислого газа из атмосферы требуют около 6,6 ГДж энергии или 1,83 МВт•ч на тонну уловленного CO₂. Значительная часть затраченной на это энергии идёт на поддержание рабочих температур абсорбентов или для работы компрессоров, сжимающих воздух до эффективных величин давления.

По некоторым оценкам, к 2030 году стоимость улавливания тонны CO₂ будет лежать в пределах от $300 до $1000. Сегодня самый высокий налог на выбросы углекислого газа взимается с промышленников Уругвая: $137 за тонну. Эта сумма не покрывает и долго не будет покрывать затраты на извлечение CO₂ из атмосферы, но с морской водой всё может быть иначе, уверены в MIT.

Углекислый газ выгоднее извлекать из морской воды хотя бы потому, что его концентрация там в 100 раз больше, чем в воздухе. Океаны и моря являются естественными абсорбентами CO₂. Утверждается, что морские воды поглощают 30–40 % от ежегодных выбросов углерода человечеством. Ранее были предложены способы извлечения углекислого газа из воды, но они требовали либо дорогих мембран для фильтрации, либо постоянной подачи химических реагентов.

В предложенной учёными MIT системе морская вода проходит через две камеры. В первой камере пропущенный по электродам ток насыщает жидкость протонами и подкисляет её, превращая растворенные неорганические бикарбонаты в углекислый газ. В камере с вакуумом происходит дегазация жидкости и извлечение углекислого газа. Во второй камере обратная полярность на электродах заставляет протоны оседать на электрических контактах и это подщелачивает воду, после чего её сбрасывают в океан.

По мере истощения электродов в первой камере и насыщения ими протонами во второй полярность приложенного напряжения в камерах меняется и воду с тем же результатом можно прокачивать в обратной последовательности — забирать второй камерой и выбрасывать из первой — с тем же эффектом извлечения CO₂. Затем процесс снова повторяется в обратной последовательности. В конечном итоге это приводит к загрязнению электродов осадочными минералами, но это решаемая проблема.

Наконец, предложенный процесс позволяет возвращать в океан воду с щелочным балансом, что будет хорошо для экологии. Океан закисляется — это уже привело, например, к гибели коралловых рифов и ряда морской живности.

Учёные не скрывают, что для реализации проекта придётся ещё много работать. Готового проекта по предложению нет, но это всё решаемые задачи и бояться их нечего. В конечном итоге учёные надеются снизить стоимость извлечения углекислого газа из морской воды до $56 за тонну или около того. Это станет толчком к коммерциализации данного направления.

Всё идёт к тому, что закон Мура скоро закончит своё действие, поскольку наука и промышленность подошли к границе, дальше которой транзистор уменьшать нельзя. Во всяком случае, это нельзя делать на кремнии. Другое дело новый класс двумерных материалов атомарной толщины, который может позволить продлить работу закона Мура. В MIT уверяют, что нашли способ массового выпуска таких материалов.

Источник изображения: MIT

До сих пор производство двумерных материалов было фактически ручной работой в процессе отшелушивания слоёв, осаждённых на специальные подложки. Размеры плёнок варьировались, как и их качество, а вырастить монокристаллическую структуру на кремнии вообще представлялось невозможным. Идеальных для выращивания двумерных материалов сапфировых подложек на все задачи не напасёшься и, к тому же, это не везде применимо.

«Но никто не использует сапфир в индустрии памяти или логики, — говорит один из ведущих авторов исследования. — Вся инфраструктура основана на кремнии. Для обработки полупроводников необходимо использовать кремниевые пластины». Учёные из Массачусетского технологического института и их коллеги из других университетов США и Южной Кореи решили эту проблему.

Исследование показало, что идеальные монокристаллические двумерные материалы можно вырастить на обычной промышленной кремниевой подложке методом «неэпитаксиального, монокристаллического роста». Для этого на кремниевую пластину нанесли маску, разделив её на отдельные «карманы», после чего провели обычную процедуру осаждения материала из газовой фазы. Выяснилось, что в каждом кармане сформировалась идеально ориентированная монокристаллическая среда толщиной в один атом.

Для пробы учёные создали транзистор на одном из таких карманов, и он работал. Более того, поверх уже созданной тончайшей плёнки можно ещё раз нанести маску и осадить атомарный слой другого материала, что ведёт к появлению многослойных структур из 2D-материалов. Подчеркнём, всё это возможно на обычных кремниевых пластинах.

«Мы ожидаем, что наша технология может позволить разработать высокопроизводительные электронные устройства нового поколения на основе двумерных полупроводников, — уверяют исследователи. — Мы открыли способ догнать закон Мура, используя двумерные материалы».

Исследователи из Массачусетского технологического института, Университета Миннесоты и компании Samsung разработали новый вид терагерцовой камеры, которая может быстро и с высокой чувствительностью обнаруживать терагерцевое излучение при комнатных условиях. В перспективе это приведёт к появлению ручных сканирующих устройств, для которых буквально не будет стен, и они выведут на новый уровень системы безопасности, контроля продукции и т.д.

Источник изображения: MIT

Современное оборудование для регистрации терагерцевого излучения громоздкое и дорогое. Энергия терагерцевых фотонов настолько слабая, что для их выделения из шума требуются специальные условия с охлаждением датчиков до криогенных температур. Такое недорогим не может быть по определению. В то же время терагерцевое излучение может найти массу применений в промышленности, науке и жизни людей, если создать недорогое массовое устройство для работы с этим диапазоном волн, который лежит между видимым и микроволновым диапазоном. Разработка американских инженеров с участием специалистов Samsung приближает это событие.

Созданный инженерами в лаборатории прототип недорогой терагерцовой камеры работает при комнатной температуре и обычном давлении. Более того, он простым образом преобразует терагерцевое излучение в видимое. Секрет разработки кроется в квантовых точках, которые компания Samsung и другие производители дисплеев широко используют при производстве телевизоров и мониторов. Терагерцевые фотоны возбуждают квантовые точки, а они, в свою очередь, легко детектируются обычным датчиком изображения в видимом диапазоне.

Предложенный учёными датчик терагерцевого излучения представляет собой бутерброд: в нижнем слое лежит массив параллельно расположенных золотых наноразмерных линий с узкими щелями между ними, выше расположен массив с квантовыми точками, а ещё выше помещён обычный КМОП-датчик изображений. Подобную конструкцию легко изготовить на современном оборудовании, что обещает массовость и дешевизну.

Более того, учёные создали другой тип датчика терагерцевого излучения, который определяет поляризацию терагерцевых волн при прохождении препятствия. Поляризация, например, нужна для определения характера и топологии поверхности материала, а также даёт возможность распознать определённый вид молекул в материале. Чтобы различать поляризацию новым методом в датчике золотые нанополоски в нижнем слое детектора заменили на золотые наноокружности.

Обе технологии успешно работают в лаборатории и даже дают практический результат. Теперь учёным не нужны дорогие терагерцовые сканеры для проведения экспериментов. С такой работой вполне справляется созданный «на коленке» прототип. И всё бы хорошо, но остаётся проблема подсветки. Сегодня для этого используются системы из множества лазерных источников, что тоже сложно и дорого. Эту проблему учёные обещают решить на следующем этапе экспериментов. Если у них всё получится, мир получит новые средства неразрушающего контроля продукции, сканеры безопасности, дистанционные анализаторы молекулярного состава, ускоренную беспроводную связь и многое другое, ключом к чему станут массовые детекторы терагерцевого диапазона.

Традиционно полупроводниковая литография создаёт чипы сверху вниз по мере протравливания подложки всё глубже и глубже. Это удобно, но сильно ограничивает детализацию на самом глубоком уровне. Группа учёных из Массачусетского технологического института (MIT) предложила строить чипы наоборот — начиная от мельчайшего нанокирпичика на чистой подложке до готовых к работе сложных наноструктур, что должно улучшить характеристики электроники.

Источник изображения: MIT

В определённой степени предложенный техпроцесс представляет собой штамповку в виде переноса рабочего материала по шаблону на кремниевую подложку. Такие методы уже используются, но имеют один серьёзный недостаток: кремний и чип загрязняются либо деформируются, что ведёт к повышению уровня заводского брака, поскольку в процессе переноса для закрепления «строительного» материала на подложке используется клей, отжиг или высокое давление.

Исследователи из MIT пошли по иному пути. Они смогли расчётливо распорядиться атомными и молекулярными силами, которые закрепили наночастицы на поверхности кремниевой подложки лучше всякого клея. Строго говоря, учёные задействовали два типа явлений — капиллярное движение жидкостей и силы Ван-дер-Ваальса.

Наночастицы строительного материала в виде кубиков со сторонами 50 нм в капле жидкости наносились на шаблон, после чего происходил процесс равномерного распределения нанокирпичиков по шаблону. Этому способствовали капиллярные явления. Затем рисунок каждого слоя (шаблон) переносился на произвольную подложку, например, кремниевую. Жидкость также способствовала переносу рисунка из наночастиц на подложку. Когда она высыхала, наночастицы продолжали удерживаться на подложке, но уже за счёт другого явления — за счёт силы Ван-дер-Ваальса. Эти силы оказываются достаточно надёжным «цементом» (действуя на границе раздела подложки и наночастицы), чтобы рисунок намертво прилипал к подложке с точностью до каждой наночастицы.

«Эти силы повсеместно распространены и часто могут быть губительными при изготовлении наноразмерных объектов, поскольку они могут привести к разрушению структур. Но мы можем придумать способы очень точного управления этими силами, чтобы использовать их для управления манипуляциями на наноуровне», — заявил один из авторов исследования.

При таком переносе наночастиц уровень брака снижается до менее 5 %, сообщают учёные. Поверхность подложки остаётся нетронутой: никакие растворители и клеи не используются, что повышает чистоту производства. В перспективе предложенное решение поможет создавать электронные компоненты нанометровых размеров с высочайшей степенью детализации и точности, что наверняка улучшит работу полупроводниковых приборов.

Группа американских инженеров разработали прототип электронного пластыря с беспроводным доступом, в составе которого нет ни микросхем, ни источников питания. Разработка позволяет создавать крайне комфортные носимые датчики слежение за состоянием здоровья людей. Такие датчики не нуждаются в проводном подключении и не зависят от громоздких батарей, контроллеров и передатчиков.

Источник изображения: MIT

В основе разработки лежит работа американских учёных по выращиванию бездефектных сверхтонких плёнок из нитрида галлия. Технология позволяет выращивать чистейшие монокристаллические полупроводниковые плёнки на подложке из графена и потом без особых проблем отслаивать их для дальнейшего использования.

Нитрид галлия характеризуется пьезоэлектрическими свойствами. Он может как вырабатывать электрический сигнал в ответ на деформацию, так и совершать механические колебания в ответ на электрические импульсы. Для усиления электрического сигнал учёные нанесли на поверхность нитрида галлия тончайшую «сеточку» из золота. Толщина элемента составила 250 нм, что примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса.

Представленные датчики как пластырь наклеиваются на кожу. Их чувствительности оказалось достаточно, чтобы вибрировать в ответ на сердцебиение человека, а также реагировать на соль в его поте. Вибрации материала генерируют электрический сигнал, который может быть считан бесконтактным образом расположенным рядом приёмником. Иными словами, устройство смогло передавать сенсорную информацию по беспроводной связи без использования чипа или батареи.

Приклеенный к коже датчик имеет собственную «резонансную» частоту вибраций. Одновременно эти вибрации преобразовываются в электрический сигнал, частоту которого может регистрировать беспроводной приемник. Любое изменение состояния кожи, например, ускорение сердечного ритма, повлияет на механические колебания датчика и электрический сигнал, который он автоматически передает на приемник. Точно также устройство реагирует на изменения в химическом составе пота. Меняя датчики биомаркеров, можно следить за широким спектром параметров состояния человека.

«Если есть какие-либо изменения в пульсе, или химические вещества в поте, или даже ультрафиолетовое облучение кожи, все эти действия могут изменить картину поверхностных акустических волн на плёнке нитрида галлия, — отмечают авторы исследования. — И чувствительность нашей плёнки настолько высока, что она может обнаружить эти изменения».

Команда исследователей известного на весь мир Массачусетского технологического института (MIT), заявила об открытии, согласно которому кубический арсенид бора обладает лучшими характеристиками для производства микрочипов, чем кремний, назвав его «лучшим материалом для полупроводников из когда-либо найденных». Примечательно, что в команду сделавших открытие вошёл и учёный китайского происхождения, ранее подозреваемый в шпионаже в пользу Китая.

Источник изображения: Muzammil Soorma/unsplash.com

В июле учёные из MIT, Университета Хьюстона и других научно-образовательных учреждений доказали, что кубический арсенид бора проводит как тепло, так и электричество лучше, чем повсеместно используемый в производстве полупроводников кремний. По данным исследования, кубический арсенид бора является в 10 раз более эффективным проводником тепла, чем кремний. Кроме того, он является лучшим проводником как для электронов, так и электронных дырок — это особенно важно для характеристик полупроводника. Материалы вроде арсенида бора, если им можно будет найти коммерческое применение, могут поменять «правила игры» в индустрии.

В команду исследователей входил и Ган Чен (Gang Chen), ранее возглавлявший факультет машиностроения MIT — в течение целого года в его отношении велось расследование в связи с подозрениями в шпионаже, после чего Министерство юстиции США отказалось от обвинений за недостаточностью улик. По данным Fortune в эпоху Трампа Министерство юстиции в рамках программы China Initiative начало расследование в отношении десятков китайских учёных и американских учёных китайского происхождения, обвинив их в связях с китайскими ведомствами для передачи передовых технологий Пекину.

Не исключено, что до коммерческого использования чипов на основе арсенида бора пройдут десятилетия — если технологию вообще признают подходящей для использования. Тем не менее предполагается, что материал позволит создавать лучшие, более быстрые и компактные чипы, чем сегодня — этих результатов, по мнению Fotrune, США могли лишиться из-за давления на специалистов вроде Чена.

Источник изображения: Lucas Vasques/unsplash.com

Известно, что власти арестовали рождённого в Китае Чена (натурализованного в США ещё в 2000 году), в январе 2021. Его, в частности, обвинили, в сокрытии связей с китайскими ведомствами в заявках на грант от Министерства энергетики США. Органы прокуратуры подчёркивали, что речь идёт именно о лояльности Китаю.

Научное сообщество, включая учёных в MIT, раскритиковало арест и написало открытое письмо, в котором в частности, сообщало, что «все они — Ган Чен». При президенте Джо Байдене (Joe Biden) Министерство юстиции сняло все обвинения после того, как Министерство энергетики сообщило, что у Ган Чена никто и не запрашивал информацию о связях с Китаем. Через месяц после закрытия дела Чена Министерство юстиции свернуло и проект China Initiative.

Учёные подчёркивали, что подобная «охота на ведьм» отпугивает исследователей — в частности, из Китая, от переезда в США, из-за чего Соединённые Штаты не могут воспользоваться их интеллектуальным потенциалом. По данным одного из исследований США понадобится на 50 % увеличить штат связанных с производством полупроводников специалистов для того, чтобы сместить центр производства чипов из Азии в Северную Америку. При этом таланты придётся набирать из-за рубежа, в том числе — из Китая.

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали модульный компьютерный чип, компоненты которого взаимодействуют друг с другом с помощью импульсов света. В перспективе это позволит легко модернизировать электронику с помощью новых сенсоров или процессоров, не меняя чипы полностью.

Источник изображения: MIT

Модульный чип может быть изготовлен из многочисленных компонентов, включая процессоры, контроллеры и сенсоры, которые можно компоновать под нужды конкретного технического решения или заменять в случае появления новой технологии. По словам одного из авторов исследования Чихун Кана (Jihoon Kang), команда исследователей называет новое решение перестраиваемым LEGO-подобным ИИ-чипом, поскольку тот имеет практически неограниченный потенциал масштабирования в зависимости от комбинации слоёв.

Возможно, наиболее необычным является то, как именно компоненты взаимодействуют друг с другом. Если нынешние электрические модульные системы обычно имеют проблемы с организацией быстрого и простого взаимодействия, то чип MIT использует импульсы света для передачи информации между каждым из слоёв. Каждый слой чипа оснащён LED-элементами и фотодетектором, совпадающими с соответствующими элементами следующего слоя. Когда одна из частей должна вступить в контакт с другой, LED-пиксели генерируют закодированный световой сигнал, который могут интерпретировать фотодетекторы следующего слоя.

Для демонстрации принципа работы команда создала чип размером 4 мм², состоящий из трёх вычислительных слоёв, каждый из которых имел датчик изображений, оптическую коммуникационную систему и искусственную цепочку «синапсов», способную различать буквы M, I или T.

Для тестирования учёные демонстрировали системе изображения произвольных букв и выяснилось, что менее размытые изображения распознавались намного лучше. Для демонстрации модульности учёные использовали вычислительный слой, способный повышать качество распознавания изображений, после чего качество работы заметно выросло. Таким образом была продемонстрирована возможность «штабелирования», замены элементов и добавления новых функций уже имеющейся системе.

Команда рассматривает различные способы применения технологии — ожидается, что пользователи смогут создавать системы под свои запросы или менять устаревшее оборудование на новое.

Учёные Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) при Массачусетском технологическом институте доложили о создании методики кибератаки PACMAN, в основе которой лежит аппаратная уязвимость процессоров серии Apple M1. Авторы исследования уточнили, что их решение может быть актуальным и для других чипов на Arm-архитектуре, однако это пока не было подтверждено на практике.

Источник изображения: apple.com

Атака производится при помощи комбинации аппаратных и программных средств и может осуществляться удалённо, без физического доступа к компьютеру жертвы. В теории PACMAN открывает злоумышленнику доступ к ядру ОС, что, по сути, означает полный контроль над машиной. Неприятнее всего то, что данную аппаратную уязвимость невозможно исправить какими-либо программными средствами, а значит, она может оставаться актуальной не только для существующей, но и для будущей продукции. В теории уязвимыми могут оказаться и Arm-чипы других производителей, включая Qualcomm и Samsung, если в них используется аутентификация указателей. Однако пока можно точно говорить лишь о процессорах Apple M1.

Основу атаки составила функция безопасности Pointer Authentication (аутентификация указателя) — она используется для проверки исполняемого ПО посредством криптографических подписей или кодов аутентификации указателя (PAC или Pointer Authentication Codes). Это позволяет защитить систему от атак с подменой указателей адресов памяти, которые контролируются значениями PAC. Техника PACMAN позволяет «подбирать» значения PAC, работая схожим образом с эксплойтами уязвимостей Spectre и Meltdown. Исследователи подчёркивают, что PACMAN работает на разных уровнях привилегий вплоть до получения доступа к ядру ОС.

Исследователи доложили Apple о своём открытии уже несколько месяцев назад. Уязвимость пока не была зарегистрирована в общедоступной CVE-базе, но авторы проекта пообещали сделать это в ближайшее время. Все подробности учёные зачитают в докладе на Международном симпозиуме по компьютерной архитектуре (ISCA 2022), который откроется 18 июня в Нью-Йорке.

Учёные из всемирно известного Массачусетского технологического института (MIT) нашли потенциальный способ делать натуральную деревянную мебель и другие объекты любой формы с помощью 3D-печати. В перспективе это позволит защитить окружающую среду от истощения.

Zinnia elegans / Источник изображения: manfredrichter/pixabay.com

Дерево можно отнести к возобновляемым ресурсам, но пока человечество расходует его так быстро, что леса не успевают восстановиться. Как сообщается на сайте MIT, ежегодно общая площадь лесов в мире уменьшается на участок размером с Исландию — это крайне негативно влияет как на состояние дикой природы, так и на климат.

Команда учёных из MIT продемонстрировала технологию, позволяющую в лабораторных условиях создавать очень похожий на дерево материал из растительных клеток. При этом они научились в некоторой степени управлять как его плотностью, так и прочностью.

Идея учёных заключается в создании изделий заданной формы без необходимости последующей обработки с неизбежным расходом энергии и появлением отходов производственной деятельности. По словам ведущего автора исследования Эшли Беквит (Ashley Beckwith), имеется большой ресурс для масштабирования технологии и выращивания трёхмерных структур.

Для начала учёные взяли клетки растения циннии изящной (Zinnia elegans), после чего их поместили на два дня в жидкую среду, а потом преобразовали в специальный, более густой биогель с питательными веществами и двумя типами фитогормонов — меняя их содержание в составе, можно управлять физическими и механическими свойствами будущего материала.

После этого команда начала печатать с помощью биогеля фигуры различной формы — примерно таким же образом осуществляется 3D-печать. После трёх месяцев инкубации в темноте материал подвергся обезвоживанию, а окончательный результат представлял собой объект из древоподобной материи. В одном из тестов учёным даже удалось создать из материала модель дерева.

Источник изображения: news.mit.edu

Эксперименты проводились с различным уровнем фитогормонов — их пониженный уровень приводил к более низкой плотности, а повышенный позволял создавать более жёсткие структуры. Подобные эксперименты в перспективе позволят создавать более лёгкие и мягкие или, наоборот, более жёсткие объекты.

Конечная цель — разработать технологию, позволяющую просто печатать вещи и мебель из дерева, не уничтожая настоящий лес. Возможно, процесс можно будет начать с небольших объектов вроде декоративных фигур, после чего, возможно, удастся применить его для создания стульев или, например, строительных каркасов и досок.

Источник изображения: antmoreton/pixabay.com

На следующем этапе учёные планируют найти способ использования в качестве основы клетки других растений. Цинния не является деревом, но в перспективе за основу можно взять нечто вроде клеток сосен — это может стать настоящим научным прорывом.

Исследователи из Массачусетского технологического института создали и испытали прототип портативного опреснителя морской воды. Устройство весом 10 кг превращает мутную солёную воду в питьевую с эффективностью до 20 Вт•ч/л со скоростью 0,3 литра в час. Самое замечательное в установке то, что для работы она не использует фильтры или другие расходные материалы — воду можно очищать очень и очень долго без технического обслуживания системы.

Источник изображения: MIT

Опреснение и очистка воды в придуманной учёными MIT системе происходит за счёт ионного обмена на электрически проводимых мембранах. Мембраны создают электрические поля с разной полярностью вокруг канала по прокачке воды. Что важно, в системе используются насосы низкого давления, ведь продавливать воду через фильтры нет необходимости. Именно это радикально улучшило энергоэффективность разработанной системы.

Свой метод опреснения и очистки воды учёные назвали «поляризацией концентрации ионов» (ion concentration polarisation, ICP). Растворённые в солёной и грязной воде ионы солей, посторонние частицы, включая бактерии и твёрдую нерастворимую взвесь, отталкиваются от заряженных мембран и выбрасываются из установки как сточные воды. Но даже несколько уровней ICP-очистки полностью не выводят соли из воды. Окончательное опреснение производится на этапе электродиализа. С помощью ИИ учёные рассчитали необходимое сочетание ICP-этапов и этапов электродиализа, чтобы не тратить лишнюю энергию.

Вода с содержанием соли 2,5-45 г/л (от солоноватой до морской) может быть превращена в питьевую воду класса Всемирной организации здравоохранения при потреблении энергии от 0,4 до 26,6 Вт•ч/л. Для питания установки достаточно подключить к ней любую портативную солнечную панель, которую можно купить в магазине поблизости. Подобные установки обещают найти применение в труднодоступных местах с проблемным доступом к питьевой воде, в армейских операциях, в условиях ЧС и для решения множества других задач.