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.