Поглощающие металлы микроорганизмы смогут создавать различные машины в космосе или на других планетах


Если ваш сотовый телефон или компьютер выходит из строя, то как вы поступаете? Вы несете его в ближайшую мастерскую, где производится ремонт печатных плат, замена чипов и других компонентов этого электронного устройства. Однако все становится не так просто, если вы находитесь в открытом космосе или на поверхности другой планеты, там, где расстояние до ближайшей мастерской измеряется сотнями миллионов и миллиардами километров.

Поскольку момент, когда люди начнут постигать глубины "Великой Пустоты", становится все ближе и ближе, проблемы "обеспечения тылов" становятся острей и острей. Что надо будет делать астронавтам, если какое-нибудь из электронных устройств, которых сейчас в современном космическом корабле насчитывается великое множество, выйдет из строя? Можно, конечно, захватить с собой какие-нибудь дополнительные блоки или необходимые для ремонта компоненты и оборудование. Но это добавит значительное количество веса и потребует дополнительного объема в весьма дефицитном пространстве космического корабля.

Для обеспечения бесперебойной работы электроники, механики и других аспектов космической техники, используемой для дальних космических полетов, потребуется нечто иное, нечто принципиально новое. И разработка такого принципиально иного и нового ведется в настоящее время учеными и инженерами из Исследовательского центра НАСА имени Эймса в Калифорнии. Исследователи пытаются найти или вывести штаммы специальных "технических" микроорганизмов, которые будут в состоянии "разобрать" вышедшие из строя электронные компоненты или узлы, переработать собранные материалы и собрать из этих материалов новые компоненты.

Данный проект является одним из тринадцати проектов, которым будет предоставлено финансирование в размере 100 тысяч долларов в рамках первого этапа программы НАСА под названием NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). А в целом эта программа нацелена на вложение капитала в разработку технологий трансформаций и ряда других инновационных технологий с перспективой дальнейшего их использования в космической технике.

Как будет работать новая технология? Микроорганизмы, глубоко модифицированные на генном уровне, обретут возможность разбирать по отдельным элементам различные компоненты, включая печатные платы, чипы и т.п. Накопив в своих "закромах" достаточное количество материалов эти микроорганизмы могут использоваться в качестве своего рода "биочернил" для специализированных трехмерных принтеров или других устройств, которые могут изготавливать различные вещи, те же самые чипы, к примеру.

Ученым, получившим грант от НАСА, предстоит отработать эти деньги в полной мере. Им предстоит решить целый ряд весьма сложных проблем. Первая проблем заключается в том, что большинство существующих полупроводниковых приборов изготовлена из кремния, допироавнного различными добавками для получения n- или p-проводимости. И для повторного использования такого кремния микроорганизмам не будет нужно выделять только чистый кремний, будет желательно сохранять структуру этого полупроводникового материала и использовать его в первоначальном виде. Второй задачей, которую предстоит решить ученым, станет определение необходимого оборудования, которое позволит реализовать вышеописанную идею, ведь может статься так, что это оборудование будет достаточно громоздким и вместо него все же будет выгодней взять достаточный комплект запасных частей.

В пользу использования "технических" микроорганизмов говорит тот факт, что их можно будет использовать в более широком плане. Эти микроорганизмы смогут начать добычу определенных металлов или других веществ непосредственно из астероидов или из грунта других планет. А добытые микробами материалы уже можно будет использовать не только для ремонта имеющейся космической техники, но и для создания абсолютно новых устройств, машин и механизмов, потребность в которых может неожиданно возникнуть в любое время.

Если первый этап работ в данном направлении будет выполнен успешно в течение следующих девяти месяцев, то исследователи имеют большой шанс получить очередной грант в размере 500 тысяч долларов в рамках второго этапа программы NIAC. Второй этап будет рассчитан на два года и в его рамках уже будет необходимо получить первые положительные практические результаты.

Источник

Влияние трансформатора Тесла позволяет дистанционно собрать электронные схемы из углеродных нанотрубок


В свое время Никола Тесла проводил множество интересных и необычных экспериментов с его знаменитым трансформатором Тесла. Сегодня же это изобретение в большинстве случаев используется для произведения впечатления на посетителей музеев научной и технической тематики, различных выставок и шоу. Однако, благодаря работе исследователей из университета Райс (Rice University), изобретение Николы Тесла может получить шанс на вторую жизнь. Эти исследователи использовали трансформаторы Тесла для того, чтобы заставить углеродные нанотрубки "самособираться" в длинные токопроводящие нити и применение подобного подхода по отношению к различным наноматериалам может оказаться весьма полезным в самых разнообразных областях, включая регенеративную медицину, наноэлектронику и т.п.

Трансформатор Тесла вырабатывает достаточно сильное переменное электрическое поле, которое заставляет колебаться положительные и отрицательные электрические заряды, циркулирующие в углеродных нанотрубках. Это, в свою очередь, заставляет нанотрубки влиять друг на друга, двигаться и занимать определенное положение в пространстве.

"Электрические поля уже используются для перемещения на малые расстояния и манипуляции крошечными объектами" - рассказывает Пол Керукури (Paul Cherukuri), один из исследователей, - "Технология, который мы дали название "теслафорез" (Teslaphoresis), позволяет нам при помощи электрических силовых полей манипулировать достаточно большими объектами и на достаточно большом расстоянии".

Влияние трансформатора Тесла может не только заставить нанотрубки самособраться в проводящие цепочки, это также может привести в действие собранную таким необычным способом электрическую схему. В эксперименте, ход которого показан на приведенном ниже видеоролике, исследователи смогли заставить нанотрубки соединить между собой два светодиода, которые начали светиться под воздействием индуцированного трансформатором электрического тока.

Несмотря на то, что исследователи в своих экспериментах использовали только углеродные нанотрубки, подобный метод будет работать и по отношению к наноматериалам других видов. Но основным компонентом в данном случае, является трансформатор Тесла и в своих дальнейших исследованиях ученые собираются использовать несколько более мощных синхронизированных друг с другом трансформаторов, способных создавать направленные электрические поля и поля весьма сложной формы, что позволит собирать из тех же самых нанотрубок более сложные электрические и электронные схемы.


Источник

Эластичное оптическое покрытие превратит в камеру поверхность любого предмета


Группа исследователей из Колумбийского университета разработала технологию изготовления эластичного покрытия, снабженного матрицей гибких линз и светочувствительными элементами, которое может превратить в цифровую камеру любой предмет повседневного использования. В этой "пленочной камере" используется упругая оптика и дальнейшее развитие данной технологии может однажды привести к появлению цифровых камер, размером и толщиной с кредитную карту, область охвата которых можно менять, просто изгибая их на определенный угол.

В последнее время исследователи добились немалых успехов в деле миниатюризации оптических элементов и светочувствительных датчиков, что позволяет использовать функции цифровых камер в массе новых ситуаций. Но то, что предлагают исследователи из Колумбийского университета, является совершенно новым подходом к цифровой съемке, съемке, производимой поверхностью абсолютно произвольного предмета.

Если на поверхности эластичного полимера создать массив из обычных твердых и неподвижных линз, имеющих фиксированное фокусное расстояние и направление, то в случае изгиба такого листа между областями охвата отдельных линз возникнут неохваченные снимком промежутки. Но в случае использования гибких линз изгибание матрицы приводит к изменению оптических свойств системы, что позволяет при ее помощи получить цельные изображения.

Матрица гибких оптических элементов, созданная колумбийскими исследователями, рассчитана таким образом, что эффективное фокусное расстояние каждой отдельной линзы меняется в зависимости от уровня ее деформации. Таким образом, при деформации матрицы в целом соответственно изменяется и область ее охвата. При этом, деформация матрицы может быть сколь угодно сложной и это практически не влияет на качество получаемых при ее помощи снимков.


Опытный образец гибкой камеры изготовлен из оптически прозрачного силикона, на поверхности листа которого создана матрица линз, размером 33 на 33 элемента. Изготовление такой матрицы весьма просто, жидкий силикон просто заливается в алюминиевую форму, откуда он легко извлекается после затвердевания. После такой "отливки" силиконовый лист приклеивается к листу прозрачного нейлона, а позади всего этого устанавливается цифровая камера Nikon D90, которая и делает снимки, на которых запечатлевается свет, преломленный изогнутыми линзами матрицы.

Проведенные испытания показали, что область охвата такого "гибкого матричного объектива" увеличивалась по мере увеличения его искривления, однако изображение оставалось цельным (не имело разрывов) даже когда матрица была согнута на угол в 52 градуса.

Учитывая ранний этап, на котором находятся данные исследования, не стоит ожидать появления тонких гибких камер в самом ближайшем будущем. Но ученые будут стремиться к этому и их следующим шагом станет изготовление полноценной широкоформатной гибкой матрицы, в которой помимо гибких оптических компонентов будут присутствовать и гибкие электронные компоненты, включая светочувствительные детекторы.

И когда все эти технологии будут доведены до ума, то им найдется множество областей применений. Такие гибкие камеры смогут быть установлены на поверхности кузовов автомобилей-роботов в любом месте, позволяя ликвидировать так называемые "слепые пятна", а камеры наружного видеонаблюдения могут стать практически незаметными для окружающих, ведь их можно будет обернуть вокруг фонарных столбов, наложить на поверхность стен зданий и расположить на поверхности любого другого объекта искусственного или естественного происхождения.


Источник

Ученые впервые охладили квантовую супержидкость при помощи лазерного света


Лазерный свет уже достаточно давно используется для охлаждения до сверхнизких температур отдельных атомов, молекул, газа и твердого вещества. Относительно недавно при помощи света лазера ученым удалось охладить жидкость, пусть и косвенным способом. А ученым из университета Квинсленда (University of Queensland) удалось сделать то, что до этого времени не удавалось сделать никому, они использовали лазерный свет для охлаждения материи, находящейся в экзотическом квантовом состоянии, состоянии супержидкости.

Супержидкость - это особое квантовое состояние материи, в котором она, благодаря отсутствию показателя вязкости, обладает способностью движения, не подверженного влиянию сопротивления. За счет этого такая жидкость находится в постоянном непрекращающемся движении. Ближайшим аналогом этому явлению является движение электрических зарядов внутри сверхпроводника, которые могут циркулировать там бесконечно долго, не встречая на своем пути никакого сопротивления.

Именно упомянутая выше особенность супержидкости и является объектом повышенного интереса к этому состоянию материи. "Практическое применение супержидкостей позволит нам создать высокочувствительные датчики самых различных физических величин, улучшить точность и другие параметры инерциальных навигационных систем, и провести ряд исследований в области квантовой физики" - рассказывает Глен Харрис (Glen Harris), ведущий исследователей.

В своих экспериментах ученые использовали супержидкость, состоящую из тонкого слоя атомов гелия на поверхности специального кремниевого чипа, который выступал одновременно в роли "ванны" для этой жидкости и в роли измерителя некоторых ее параметров. Яркий луч лазерного света с определенными характеристиками, сфокусированный на поверхности супержидкости, отобрал энергию волн и охладил супержидкость до температуры, очень близкой к температуре абсолютного нуля.

Кроме охлаждения луч лазерного света, взаимодействовавший с некоторыми микрофотонными компонентами на поверхности чипа, позволил произвести высокоточные измерения параметров колебаний, вызванных постоянным движением супержидкости.

"Во время наших предыдущих экспериментов мы показали, что гелий, находящийся в состоянии супержидкости, является идеальным чувствительным элементом, который можно использовать в передовых технологиях сверхвысокоточной инерциальной навигации" - рассказывает профессор Варвик Боуэн (Warwick Bowen), руководитель данного проекта, - "А сейчас мы продемонстрировали, что небольшого кремниевого чипа, который можно интегрировать в электронные устройства, достаточно для охлаждения гелия, превращения его в супержидкость и для измерения параметров возникающих в ней волн".

Источник

Нанокристаллические "чернила" - основа процесса быстрого и простого производства гибкой электроники


Ученые и инженеры из Пенсильванского университета разработали метод производства тонкопленочных транзисторов и других полупроводниковых компонентов для гибкой электроники, который можно назвать одним из самых простых на сегодняшний день. При помощи этого процесса, основу которого составляют нанокристаллические "чернила", можно изготавливать не только отдельные компоненты, но и сложные схемы, которые станут основой гибких носимых электронных устройств, встраиваемых в бытовую технику или в одежду. Простота процесса заключается в отсутствии необходимости использования технологий вакуумного напыления и в нем не используются этапы высокотемпературной обработки. Благодаря этому электронные компоненты могут быть изготовлены на поверхности практически любого материала, а сложность и площадь создаваемых схем не ограничивается никакими факторами.


Первые опытные образцы транзисторов из нанокристаллических чернил были изготовлены методом, близким к методу полиграфической офсетной печати, но в будущем для этого могут быть использованы специализированные принтеры, подобные обычным струйным или трехмерным принтерам. Используемые чернила представляют собой коллоидные растворы различных типов нанокристаллов в специальном жидком растворителе.

В настоящее время у исследователей имеется четыре типа чернил, токопроводящий (с серебряными нанокристаллами), изолирующий (с кристаллами оксида алюминия), полупроводниковый n-типа (селенид кадмия) и полупроводниковый p-типа (смесь серебра и индия). "Эти материалы - это как основные цвета чернил в струйном принтере. Смешивая их можно получить слои материала с любыми заданными свойствами, такими, как проводящими, изоляционными, полупроводниковыми и их комбинацией" - пишут исследователи.


Создавая транзисторы, исследователи слой за слоем наносили чистые чернила или их смесь на поверхность пластикового основания в определенных местах, формируя электроды, полупроводниковый канал и другие элементы этого прибора. И завершила процесс процедура низкотемпературной сушки, во время которой материал-допанд (индий) распространился внутрь полупроводниковых элементов, превратив их в полупроводник обратного типа.

Поскольку все процессы проводятся при низкой температуре исследователям удалось изготовить последовательно на одном и том же основании несколько транзисторов, которые оставались в работоспособном состоянии. "Все это - лишь наши первые шаги" - пишут исследователи, - "Мы показали, что при помощи простейшей технологии нанокристаллы могут быть использованы для производства транзисторов, и других более сложных и более простых полупроводниковых приборов. В будущем мы собираемся расширить количество типов нанокристаллических чернил, благодаря чему мы сможем изготавливать таким путем сложные электронные схемы для носимых, портативных электронных устройств и устройств из области Интернета Вещей".

Источник