Чьи возможности выше, гигантского телескопа или гигантского микроскопа?


Микроскоп Scanning Transmission Electron Holography Microscope, находящийся в распоряжении ученых университета Виктории (University of Victoria) в Канаде, является самым большим и самым мощным микроскопом в мире на сегодняшний день. Он имеет высоту 4.5 метра, а его вес равен 6 тоннам и 350 килограммам. Он обеспечивает разрешающую способность в 35 триллионных долей метра (0.035 нанометра) и по этому параметру он превосходит любой другой микроскоп, да и любой телескоп тоже.

Электронные микроскопы, в отличие от оптических инструментов, используют в своей работе электроны, длина волны волновой составляющей которых на пять порядков меньше длины волны света. Телескопы, к сожалению, не могут использовать подобные принципы из-за того, что любые электроны, излучаемые далекими источниками, будут отклонены магнитными полями и поглощены ионами космического газа прежде, чем они достигнут Земли.

"Электроны принципиально не могут издалека добраться до нас, как это без проблем делают фотоны света" - рассказывает Родни Херринг (Rodney Herring), ученый из университета Виктории, - "И это является причиной тому, что мы можем лучше и четче рассматривать очень маленькие вещи, нежели огромные объекты, находящиеся далеко в глубинах космоса".


Кроме этого, ученые, занимающиеся технологиями микроскопии, могут применять некоторые уловки для улучшения разрешающей способности даже простейших оптических микроскопов. Ученые из Университетского Колледжа в Лондоне (Imperial College London), освещая объект исследований светом двух лазеров, добились увеличения разрешающей способности оптического микроскопа с 300 до 10 нанометров. Ученые-астрономы же, в большинстве случаев, лишены возможности использования подобных приемов.

Для того, чтобы сопоставить возможности телескопов и микроскопов, достаточно тяжело найти общую меру. Астрономов абсолютно не интересует показатель линейной разрешающей способности, они используют так называемую угловую разрешающую способность, которая измеряется долями угловой секунды (1/3600 части углового градуса). К примеру, разрешающая способность космического телескопа Hubble Space Telescope составляет 0.1 угловой секунды, а телескоп European Extremely Large Telescope (E-ELT), строительство которого ведется в настоящее время в Чили, будет иметь разрешающую способность не хуже 0.01 угловой секунды.
Для того, чтобы сравнить возможности телескопов и микроскопов, нам необходимо представить все это с точки зрения "невооруженного человеческого глаза". Человек с нормальным зрением способен видеть объекты с линейным разрешением около 25 тысяч нанометров или угловым разрешением около 60 угловых секунд.

Таким образом, самые мощные микроскопы имеют 714000-кратное превосходство над человеческим глазом (0.035 нанометров у микроскопа по отношению к 25 тысячам нанометров у человеческого глаза). А лучшие телескопы имеют превосходство всего в 6 тысяч раз (0.01 угловой секунды у телескопа по отношению к 60 угловым секундам у человеческого глаза). Ну а выводы на основании представленных выше цифр, сделать достаточно просто и самостоятельно.

Источник

Технология CRISPR, основной инструмент современной генетики, получила новый ключевой компонент


Технология редактирования генов CRISPR/Cas9 является одним из основных инструментов современной генетики. Благодаря ней ученые успешно произвели изменения генотипа различных живых организмов, а не так давно эта же технология была использована для вмешательства в геном человеческого эмбриона. Технология CRISPR более быстра и более дешева, нежели предыдущие технологии изменения генома, но она обладает, точнее, обладала одним существенным недостатком. Процедура удаления нежелательных участков генов была крайне малоэффективной и очень часто давала непредсказуемые результаты, кардинально повышающие степень риска неблагоприятного исхода до неприемлемого уровня.

Хэокуэн Ву (Haoquan Wu), ученый из Центра медицинских наук (Health Sciences Center) Техасского технологического университета (Texas Tech University) в Эль-Пасо, и его группа уже некоторое время занимались разработкой технологии идентификации и удаления генных определенных последовательностей, которая могла стать функциональной частью технологии CRISPR/Cas9. И, в конце концов, группе удалось найти подходящую реализацию технологии генного "нокаута" (удаления), которая демонстрирует высокую эффективность за счет использования в ней специализированных измененных РНК-молекул.

"Не столь значительные изменения технологии привели к поражающе высокому повышению эффективности генного нокаута" - рассказывает Хэокуэн Ву, - "Новый метод позволяет кардинально уменьшить количество проблем, мешающих функционировать технологии CRISPR, и теперь мы получили возможность проведения очень сложных вмешательств в геном, при которых требуется возможность удаления определенных участков генных последовательностей".

В настоящее время ученые еще сами не до конца понимают, почему незначительные изменения "управляющей" процессом молекулы РНК позволили добиться повышения эффективности технологии CRISPR. У них есть несколько предположений на этот счет, которые затрагивают отдельные составляющие этой технологии, включая и Cas9, и которые указывают на повышение стабильности функционирования молекулы РНК.

В настоящее время исследователи продолжают изучение нового измененного "шаблона" молекулы РНК, который может принести пользу и другим функциональным составляющим технологии CRISPR/Cas9. Тем временем ученые уже подали патентную заявку, и после получения патента эта новая часть технологии CRISPR станет доступной для использования учеными во всех уголках земного шара.

Источник

Жидкий металл - основа для эластичной и растягивающейся электроники


Электронные схемы являются достаточно хрупкими вещами, стоит только переусердствовать, ударяя, изгибая или перекручивая печатную плату электронного устройства, как она трескается и перестает функционировать. Такая же ситуация имеет место и по отношению к полупроводниковым чипам, которые в большинстве своем изготовлены из хрупкого кремния. Но для массы областей применения требуется наличие электроники, способной без потери функционирования растягиваться и принимать любые формы, это чувствительные покрытия для автоматизированных протезов, роботов, компоненты "электронной" одежды, носимые игровые контроллеры и многое другое.

Поэтому исследователи из различных стран уже достаточно давно работают в направлении создания гибкой и эластичной электроники, реализуемой, порой, при помощи достаточно нетрадиционных решений. И недавно исследователям из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) удалось использовать для этого жидкий металл. При помощи сплава золота и галлия исследователи изготовили нечто наподобие электронной печатной платы, которая может быть растянута в четыре раза по отношению к ее изначальному размеру.

Выбор ученых на сплав галлия и золота далеко не случаен. Галлий известен тем, что он имеет хорошие электропроводящие свойства и способен находиться в жидком расплавленном состоянии при комнатной температуре. А золото имеет высокую стойкость к окислению и выступает в данном случае в роли защитного компонента жидкометаллических проводников.

"Мы можем с ходу придумать массу областей применения для нашего изобретения" - рассказывает Адриан Мишо (Hadrien Michaud), один из исследователей, - "При помощи такой технологии мы можем создавать электронные устройства с формой любого уровня сложности, устройства, части которых будут двигаться друг относительно друга во время работы, и устройства, которые смогут динамически изменять свою форму, подстраиваясь под особенности выполняемой ими в данный момент работы".

На приведенном ниже видеоролике демонстрируются возможности гибких электронных устройств, эластичность которых сопоставима с эластичностью резины. А во время испытаний жидкометаллические проводники без разрыва и прочих деформаций выдерживали порядка миллионов циклов растяжения-сжатия.



Источник

SNAP - первый в своем роде нейропроцессор, способный самостоятельно обучаться распознаванию и подсчету определенных объектов в потоке видеоданных


Представители компании BrainChip Inc. объявили о разработке системы распознавания визуальной информации Autonomous Visual Feature Extraction (AVFE), основой которой является новый нейронный процессор SNAP, построенный на базе уникальной технологии передачи и обработки информации. Вместо традиционных уровней, определяющих значения логических единиц и нулей, в технологии STDP (Spike Time Dependent Plasticity) используются всплески сигнала (пики), в которых может быть заключено большое количество информации, что, в свою очередь, позволяет достаточно просто реализовать функцию самообучения.

Первые испытания системы AVFE, которая использовала цифровой видеодатчик Davis от швейцарской компании Inilabs GmbH, показали, что ее функции идеально подходят для реализации более сложных систем, способных выделять из неупорядоченного потока визуальной информации отдельные элементы с заданными параметрами. Стоит ли упоминать, что такая функция является одной из основных функций систем управления автомобилями-роботами, беспилотными летательными аппаратами и т.п.


Система AVFE на базе процессор SNAP, внутри которого находится достаточно сложная нейронная сеть, способна обрабатывать до 100 миллионов визуальных событий в секунду. И в течение всего нескольких секунд система способна обучаться идентифицировать и подсчитывать количество определенных объектов из входного видеопотока. Датчик Davis кардинально отличается от датчиков традиционных видео- и фотокамер, вместо того, чтобы формировать традиционное растровое изображение, каждый пиксель этой "искусственной сетчатки" производит один или несколько всплесков сигнала в ответ на изменения уровня контрастности изображения.

До момента начала самообучения система AVFE абсолютно ничего не "знает" о потоке видеоинформации, который ей предстоит обрабатывать. Но, как только данные начинают поступать на вход системы, она начинает отслеживать изменения контрастности и искать определенные образы, совершенствуя свои способности с каждым разом. Такая способность системы AVFE позволяет ей обрабатывать любые данные, не только визуальные, поставляемые датчиками типа Davis, но и данные других типов, источниками которых являются радары, лазерные или ультразвуковые сканеры.


Первые испытания системы AVFE были проведены на одной из дорог в Пасадене, Калифорния. В течение пробного прогона, который длился 78.5 секунд, система обучилась распознавать автомобили различных типов, после чего она смогла подсчитывать их количество в режиме реального времени. "Эти испытания показали, что система AVFE на базе нейропроцессора BrainChip SNAP способна научиться извлекать информацию из видеопотока и использовать ее без любого содействия или вмешательства со стороны человека" - рассказывает Питер ван дер Мэйд (Peter van der Made), основатель компании BrainChip и разработчик процессора SNAP.

Источник

Создан квантовый термометр, точность которого приближается к фундаментальному пределу


Ученые-физики из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) нашли способ высокоточной калибровки температурных измерений, контролируя самые слабые колебательные движения наномеханическй системы, поведение которой подчиняется парадоксальным законам квантовой механики. Разработанная учеными технология еще не готова к практическому применению, тем не менее, она является яркой демонстрацией того, что температура может быть измерена путем наблюдений за свойствами физических объектов на квантовом уровне.

Точность, обеспечиваемая квантовым термометром, составляет несколько ничтожных долей процента в диапазоне от криогенных температур до нормальной температуры окружающей среды, что очень и очень близко к фундаментальному минимальному пределу измерений физических величин. В настоящее время ученые еще не могут указать абсолютное значение точности этого устройства, ведь в мире не существует другого измерителя температуры, имеющего даже приблизительно такой же уровень точности.

Ключевым элементом квантового термометра, является фотоэлектрический прибор, изготовленный при помощи технологий нанопроизводства, и это открывает возможности применения данной технологии там, где обычные технологии измерения температуры использовать невозможно в принципе.

Основу фотоэлектрического прибора составляет тончайшая нить прозрачного нитрида кремния. Известно, что тепловая энергия заставляет колебаться абсолютно все объекты, абсолютно различных масштабов. Амплитуда этих колебаний при комнатной температуре изменяется в пределах пикометров (триллионных долей метра) и для точно, чтобы наблюдать эти колебания требуются особые уловки. В данном случае этой уловкой стала маленькая отражающая свет впадина, изготовленная на поверхности нанонити. Когда луч света лазера проходит через эту прозрачную нить, небольшое количество света отражается от впадины, испытывая изменения длины волны в результате воздействия на него механических колебаний. И это изменение длины волны (цвета) заключает в себе информацию о температуре.

Но температурные колебания - это далеко не единственный вид колебаний, которые были зарегистрированы учеными. Ученые обнаружили еще один вид более "тонких" колебательных процессов, определяемых некоторыми причудами квантовой физики, даже в самом низкоэнергетическом состоянии объект колеблется из-за "врожденного" в него принципа квантовой неопределенности. Эти колебания не зависят от температуры, они имеют стабильную известную амплитуду и их влияние на процесс измерения температуры достаточно легко компенсировать массой известных способов.

В настоящее время ученые разрабатывают высокочувствительные фотонные термометры другого типа, при помощи которых можно будет хоть и приблизительно, но все же оценить точность нового квантового термометра. Кроме этого, интеграция нескольких типов высокоточных термометров на одном чипе позволит создать гибридное устройство, которое не будет требовать калибровки и не будет подвержено температурному и временному дрейфу, которым подвержен каждый из видов в отдельности. И только после этого такие сверхвысокоточные измерители температуры можно будет использовать в фармации, промышленности, науке и во многих других областях, где требуется знание точного значения температуры.

Источник