Создан новый программируемый материал, в основе которого лежат "шелковые" белки


Ученые из университета Тафтса (Tufts University) разработали новый метод синтеза твердых частиц, состоящих из белков, входящих в состав шелка естественного происхождение. Но не это является самым главным в новом материале, еще на стадии производства можно задать, каким набором биологических, химических, физических или оптических свойств будет обладать конечный материал. А это, в свою очередь, позволит создать такие "чудесные" вещи, как механические детали, изменяющие свой цвет под воздействием механического напряжения, устройства, реагирующие определенным образом на свет или изменение температуры, и многое другое.

Ученые использовали метод производства, основанный на технологии "самосборки" белков определенных типов. Если быть точнее, исследователи использовали шелковый фиброин, белок, который придает шелку его стабильность и прочность. Помимо этого, в раствор, в котором производился процесс синтеза, были добавлены растворы, содержащие молекулы определенных веществ в нужных концентрациях, определяющие свойства, которыми будет обладать конечный материал.

Используя разработанную ими технологию, ученые создали несколько очень полезных вещей, к примеру, хирургический инструмент, который изменяет свой цвет, когда прикладываемое к нему механическое усилие приближается к пределу прочности материала, и биологически совместимые компоненты, которые при необходимости нагреваются при помощи инфракрасного света и выпускают в организм строго определенную дозу заключенного в них лекарственного препарата.


В своих следующих исследованиях ученые будут пытаться включить в состав создаваемых материалов компоненты, позволяющие материалу изменять свою форму в некоторых пределах с течением возраста. Это будет очень полезно при создании имплантатов и ортопедических устройств, которые будут учитывать фактор роста организма пациента, и при помощи такого подхода можно будет создавать даже универсальные предметы обихода, которые могут изменять свою форму, подстраиваясь под особенности выполнения той или иной функции.

Напомним нашим читателям, что уникальная структура делает шелк одним из самых прочных материалов естественного происхождения. А у фиброина, нерастворимого белка, входящего в состав шелка, имеется замечательная способность по защите других компонентов от неблагоприятных факторов окружающей среды, при этом сам фиброин является полностью биологически совместимым и он успешно разлагается некоторыми из микроорганизмов.

"Мы разработали технологию включения функциональных компонентов в состав самособирающегося биологического полимера, которая позволит создавать ряд новых многофункциональных материалов" - рассказывает Файорензо Г. Оменетто (Fiorenzo G. Omenetto), ведущий исследователь, - "А это, в свою очередь, позволит реализовать ряд новых и удивительных технологий которые пока лежат даже за гранью научной фантастики".

Источник

Создана первая система искусственного интеллекта на базе спинтронных элементов


Используемые в настоящее время системы искусственного интеллекта (ИИ) функционируют на базе вычислительных систем, в основе которых лежат совершенно традиционные микропроцессоры, изредка совмещенные со специализированными интегральными схемами, выполняющими роль своего рода ускорителей. Из-за этого более-менее серьезные системы ИИ требуют для своей работы больших вычислительных мощностей, которыми обладают только не самые заурядные суперкомпьютеры. И для того, чтобы получить систему, по компактности и эффективности сопоставимую с человеческим мозгом, нужен принципиально новый подход, нечто новое, над которым сейчас работает множество научных групп из разных уголков земного шара. Достаточно значимых успехов в данном направлении удалось добиться исследователям из университета Тохоку, Япония, которые разработали и испытали работу несложной системы искусственного интеллекта, в основе которой лежат спинтронные компоненты.

Группа, возглавляемая профессорами Хидео Оно (Hideo Ohno), Шиджео Сато (Shigeo Sato) и Ешихико Орио (Yoshihiko Horio), создала искусственную нейронную сеть, узлами которой являются недавно разработанные спинтронные компоненты на базе наноразмерных частичек специального магнитного материала. В отличие от традиционных цифровых устройств, такие спинтронные устройства хранят и обрабатывают информацию в аналоговом виде. Аналоговая обработка информации, заключенной в волнообразном движении спинов (направлений вращения) электронов, позволяет достаточно простым способом реализовывать сложные алгоритмы обработки, включая функцию изучения и самообучения, выполняемую нейронами и синапсами головного мозга.


Используя эту искусственную нейронную сеть, исследователи реализовали функцию ассоциативного поиска по памяти, функцию, которая не очень хорошо подходит для ее реализации компьютерами с традиционной архитектурой. Посредством многократных прогонов ученые получили подтверждения того, что их искусственная нейронная сеть способна выделять, идентифицировать и определять взаимосвязи между образами, несмотря на высокую "зашумленность" потока входных данных. Другими словами, спинтронный искусственный интеллект может сделать то, с чем ранее мог справляться только мозг человека.

И в заключении следует отметить, что первая спинтронная система искусственного интеллекта является лишь доказательством работоспособности ряда новых идей и решений. Тем не менее, у данного достижения имеются очень далеко идущие последствия в области создания компактных, чрезвычайно мощных и высокоэффективных систем, расходующих при своей работе лишь незначительное количество энергии. Это, в свою очередь, позволит использовать функции искусственного интеллекта в широком круге областей, там, где раньше их было невозможно использовать в силу высоких требований к производительности вычислительных систем.

Источник

Найден новый жаропрочный состав, имеющий самую высокую на сегодняшний день точку плавления


Исследователи из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College of London) обнаружили, что смесь карбида тантала и карбида гафния в определенных пропорциях является материалом, имеющим самую высокую температуру плавления среди всех известных людям материалов. Точка плавления этого композитного керамического материала вплотную приблизилась к отметке в 4 тысячи градусов Цельсия, и это позволит создать на базе такой керамики новый класс жаропрочных материалов, выступающих в качестве тепловой защиты космических кораблей и будущих гиперзвуковых авиалайнеров.

Карбид тантала (TaC) и карбид гафния (HfC) являются высокостабильными химическими соединениями, способные, помимо чрезвычайно высокой температуры, выдержать еще целый ряд экстремальных неблагоприятных факторов, которые присутствуют в перегретой среде активных зон атомных реакторов, к примеру. До последнего времени у ученых отсутствовала возможность точного измерения температуры точки плавления композитных керамических материалов на основе карбида тантала и карбида гафния, традиционными методами удавалось измерить лишь температуру точки плавления каждого из этих материалов в отдельности и самых низкотемпературных вариантов их комбинаций.

В своих исследованиях ученые из Лондона использовали чистые карбид тантала, карбид гафния, и три вида их "керамического сплава" Ta1?xHfxC, при x = 0.8, 0.5 и 0.2. А для измерения температур точек плавления этих материалов использовалась специально для этого разработанная технология лазерного нагрева.

Для нагрева керамического материала использовалась последовательность из четырех лазерных импульсов. Первым импульсом был самый низкоэнергетический импульс, длительность которого составляла около 1000 миллисекунд. Мощность каждого последующего импульса увеличивалась, с одновременным уменьшением его длительности на несколько сотен миллисекунд. Такой плавный и многоэтапный разогрев материала был необходим для минимизации возникающих тепловых напряжений в материале и снижения риска механического разрушения испытуемых образцов.

Полученные учеными результаты полностью подтверждают результаты предыдущих исследований. Согласно этим результатам чистый карбид тантала плавится при температуре 3768 градусов Цельсия, а температура плавления карбида гафния составляет 3958 градусов Цельсия. Самую высокую температуру точки плавления имеет композитный керамический материал HfC0.98, который плавится при температуре 3959 градусов Цельсия, и этот материал является самым тугоплавким материалом на сегодняшний день.

В ближайшем времени ученые планируют проведение подобных исследований по отношению к композитным керамическим материалам с другим процентным содержанием исходных компонентов. Кроме этого, планируется произвести исследования материалов, состоящих из четырех типов атомов Ta-Hf-C-N, которые, согласно теории, должны иметь еще большую температуру плавления нежели материалы на основе трех типов атомов Ta-Hf-C.

Источник

Снимок телескопа Hubble - туманность NGC 248, пылающая в недрах галактики Малого Магелланова Облака


Известно, что Млечный Путь является самой большой галактикой во всей близлежащей области Вселенной. Из-за его сильного гравитационного притяжения наша галактика за 13 миллиардов лет ее существования привлекла и захватила несколько меньших галактик, некоторые из которых остаются на круговой орбите и по сегодняшний день. В конце концов, эти галактики будут поглощены Млечным Путем, но пока этого не произошло, они являются предметом повышенного интереса со стороны ученых-астрономов. И недавно "взгляд" космического телескопа Hubble Space Telescope в очередной раз упал на недра одной из спутниковых галактик, сделав красочный снимок пылающей там туманности.

То, что вы видите на приведенном выше снимке, является двумя туманностями в галактике Малого Магелланова Облака, изображения которых наложились друг на друга. Карликовая галактика Малого Магелланова Облака находится на удалении 200 тысяч световых лет от Земли, ученые астрономы достаточно часто занимаются изучением этой галактики и ее более крупного "собрата", галактики Большого Магелланова Облака, поскольку они находятся достаточно близко и их без особых затруднений можно увидеть на небе южного полушария нашей планеты. Эти галактики настолько близки, что космический телескоп Hubble и другие космические и наземные обсерватории могут различить туманности и отдельные звезды в недрах этих галактик.

Туманность NGC 248 в недрах Малого Магелланова Облака была открыта английским астрономом Джоном Хершелем в 1834 году. Позже ученые выяснили, что фактически она представляет собой две независимых туманности, изображения которых накладываются друг на друга. Эти туманности состоят преимущественно из водорода, который светится, подогреваемый энергией заключенных внутри звезд.

Интерес к туманности NGC 248 был обусловлен не только желанием получения красивого и красочного снимка. Этот снимок был сделан в рамках проекта Small Magellanic Cloud Investigation of Dust and Gas Evolution (SMIDGE), целью которого является обеспечение понимания того, почему в галактиках, находящихся за пределами Млечного Пути, наблюдаемся малая концентрация космической пыли, в то время, как в самом Млечном Пути ее концентрация достаточно высока.

В объеме Малого Магелланова Облака концентрация космической пыли составляет всего 10-20 процентов от концентрации этого материала в Млечном Пути. Это, в свою очередь, указывает на дефицит в этой галактике тяжелых элементов, создавая впечатление, что данная карликовая галактика словно прибыла из далекого прошлого Вселенной, времени, когда во Вселенной еще не возникли тяжелые элементы в достаточном количестве.

Исследования Млечного Пути и сопутствующих карликовых галактик позволят ученым найти ключ к разгадке того, почему развитие карликовых галактик движется по иному пути, нежели развитие более крупных галактик. "Это имеет важное значение для понимания истории нашей собственной галактики" - рассказывает Кэрин Сэндстром (Karin Sandstrom), ученая-астроном из Калифорнийского университета, - "Ведь космическая пыль является ключевым компонентом процесса формирования новых звезд и "работы" галактики в целом".

Источник