Новый наноматериал может стать основой защиты организма человека от космического излучения


Человеческий организм определенно не предназначен для существования в космосе. Отсутствие силы тяжести приводит к деградации мускулатуры и скелета человека, а длительное воздействие проникающей космической радиации повышает риск возникновении онкологических и других заболеваний. Скафандры, оболочка космических кораблей и другие средства позволяют частично оградить человека от воздействия радиации, но все это далеко от идеального варианта в космосе, где размеры, вес и подвижность играют решающее значение. Решением части проблем с защитой человека от радиации может стать новый наноматериал, разработанный исследователями из австралийского Национального университета (Australian National University, ANU). Тонкой пленкой такого материала можно покрыть поверхность скафандра, после чего этот скафандр обретет возможность отражения вредного ультрафиолетового, инфракрасного света и электромагнитного излучения других диапазонов.

Поверхность защитного наноматериала покрыта наночастицами, которые способны отражать свет или электромагнитное излучение определенной длины волны. Эта длина волны может быть изменена путем изменения температуры материала, что приводит к изменению размеров наночастиц, и, как следствие, оптических свойств материала в целом. Регулируя температуру можно добиться того, чтобы через материал проходило излучение определенного диапазона электромагнитного спектра, а все остальное - отражалось назад. В принципе, можно организовать и обратный случай, когда материал блокирует прохождение только излучения из определенного диапазона.

Источник нагрева, служащий для регулирования температуры материала, может быть внешним или встроенным прямо в скафандр. Этим источником может быть луч лазерного света, электрический или химический нагреватель и т.п.

В настоящее время опытные образцы наноматериала демонстрируют высокую эффективность для защиты человека от ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Применение в материале наночастиц определенного вида и размеров позволит создать на его основе такую же эффективную защиту от высокоэнергетического электромагнитного, рентгеновского или гамма-излучения, к примеру. К сожалению, наноматериал абсолютно не может защитить человека от радиации, состоящей из высокоэнергетических частиц, но на такое не способны и другие материалы, которые используются сейчас для изготовления скафандров.

И в заключение следует отметить, что помимо применения в космосе, новый наноматериал может быть успешно использован в некоторых областях и на Земле. "К примеру, в вашей комнате может быть умное окно, которое щелчком выключателя превратится в зеркало" - рассказывает Андрей Мирошниченко, ведущий исследователь, - "Наноматериал, нанесенный на лобовое стекло автомобиля, сможет защитить глаза водителя от слепящего света фар встречных автомобилей и т.п."

Источник

Ученые преодолели один из "невозможных" барьеров в области молекулярной электроники


Международная исследовательская группа, в состав которой входили ученые из университета Центральной Флориды (University of Central Florida), США, Лимерикского университета (University of Limerick), Ирландия, и Национального университета Сингапура, нашла решение, благодаря которому был преодолен так называемый "невозможный" барьер, который уже на протяжении 20 лет препятствует практическому использованию молекулярной электроники. Данное решение имеет отношение к молекулярным диодам, являющимся одним из видов базовых компонентов практически всех электронных схем.

Электронные схемы, находящиеся внутри каждого электронного устройства, изготавливаются сейчас преимущественно из кремния. Ученые уже достаточно давно пытаются создать дубли всех кремниевых электронных компонентов в виде элементов, состоящих из единственных молекул или нескольких соединенных друг с другом молекул. Изготовление электронных схем на молекулярном уровне позволило бы кардинально сократить размеры компьютеров, телевизоров, устройств связи и других электронных устройств.

Диоды пропускают через себя электрический ток только в одном направлении, блокируя ток, текущий в обратном направлении. Одной из основных характеристик диода является соотношение между нормальным (прямым) током и током обратной утечки. Обычные кремниевые диоды имеют значение этой характеристики в пределах от 10^5 до 10^8. И чем выше значение соотношения токов, тем больший контроль над током можно получить при помощи определенного типа диодов.

В течение почти 20 лет исследователи пытались создать молекулярные диоды, соотношение токов которых соответствует или превышает аналогичную характеристику кремниевых диодов. Однако, некоторые физические ограничения, связанные с размерами единственных молекул, определяли то, что соотношение токов молекулярного диода принципиально не могло быть выше 10^3.

Для решения проблемы с молекулярными диодами исследователи спроектировали так называемый макро-туннельный переход, основанный на слое одного из типов молекулярных диодов. Особенности соединения молекулярных диодов, определенный угол наклона молекул и уровень поданного на них напряжения смещения позволили ученым добиться того, что соотношение прямого и обратного тока каждого из диодов изменилось на три порядка в лучшую сторону и стало равно 6.3 x 10^5.

"Такой подход позволил нам преодолеть фундаментальный теоретический барьер. И теперь в нашем распоряжении имеется молекулярный диод, не уступающий по характеристикам своим кремниевым аналогам" - пишут исследователи, - "Подобный прием можно будет использовать и по отношению к другим компонентам молекулярной электроники. И все это вместе позволит поставить область молекулярной электроники на практические рельсы в не таком уж и далеком будущем".

Естественно, что молекулярные диоды не смогут стать полноценной заменой кремниевым диодам, которые способны пропускать через себя электрический дот достаточно большой величины. Но имеется и масса областей, где использование молекулярных диодов более предпочтительно, нежели кремниевых. Кроме этого, молекулярные диоды могут изготавливаться исключительно химическим путем, благодаря чему их производство будет более дешевым, нежели производство аналогичных полупроводниковых приборов.

Источник

Ученые создали фотогальванические ячейки, эффективно поглощающие энергию почти всего спектра солнечного света


Ученые из Школы технических и прикладных наук (School of Engineering and Applied Science, SEAS) университета Джорджа Вашингтона разработали и изготовили опытные образцы новых фотогальванических ячеек солнечных батарей. Структура этих ячеек является комбинацией нескольких разнотипных структур, что дает новой ячейке возможность эффективно поглощать и преобразовывать в электричество энергию всего спектра солнечного света. В настоящее время эффективность опытных образцов новых ячеек составляет 44.5 процента, что позволит изготовить на их основе самые эффективные солнечные батареи в мире.

Подход, использованный исследователями при создании ячейки нового типа, отличается от подхода к производству традиционных солнечных батарей, устанавливаемых на крышах зданий, к примеру. В этих ячейках использован так называемый фотогальванический концентратор (concentrator photovoltaic, CPV), в котором используются крошечные линзы для того, чтобы сфокусировать весь солнечный свет на поверхность микроскопических фотогальванических элементов. Производство этих крошечных элементов, площадь которых составляет около одного квадратного миллиметра, может обходиться по более низкой стоимости, нежели производство кремниевых элементов с большой площадью.

Структура фотогальванической ячейки действует, словно сито для солнечного света. Материал каждого слоя поглощает только свет в определенном диапазоне, а весь остальной свет почти беспрепятственно проникает на большую глубину. К тому времени, как остатки света добираются до подложки ячейки, почти половина энергии этого света преобразовывается в электричество. Для сравнения, самые лучшие образцы промышленно выпускаемых солнечных батарей преобразовывают в электричество не более четверти энергии падающего на них света.

"Приблизительно 99 процентов энергии, содержащейся в солнечном свете, заключено в диапазоне длин волн между 250 и 2500 нанометров. Материалы, используемые в обычных солнечных батареях, не могут охватить весь этот диапазон, поддерживая эффективность на должном уровне" - рассказывает Мэтью Ламб (Matthew Lumb), ведущий исследователь, - "Наше же новое устройство эффективно поглощает энергию даже тех диапазонов, которые "теряются" в обычных солнечных батареях"

Структура новой фотогальванической ячейки состоит из семи слоев различных материалов, помещенные на основание из антимонида галлия (GaSb), вещества, используемого обычно в подложках для фотосенсоров и полупроводниковых инфракрасных лазеров. Среди слоев материалов встречаются и материалы, используемые в традиционных солнечных батареях, эффективно поглощающие более коротковолновые фотоны света.

Для изготовления ячейки исследователи использовали метод шаблонной печати, при помощи которой была получена высокая точность изготовления сложной трехмерной структуры. Из-за сложной технологии производства и использования некоторых "непростых" материалов, стоимость фотогальванических ячеек нового типа весьма высока, однако, как считают исследователи, высокая эффективность стоит таких затрат. И в будущем, когда появятся новые менее дорогостоящие технологии производства и найдутся замены дорогостоящим материалам, новые ячейки смогут стать тем средством, которое обеспечит прорыв в области солнечной энергетики.

Источник

Компания Intel упаковала мощную нейронную сеть в размер USB-флешки


За последние годы системы искусственного интеллекта на базе нейронных сетей нашили применение в здравоохранении, секвенировании генома человека и других живых существ, в распознавании и обработке фото- и видеоизображений и во множестве других областей. Но реализация подобных масштабных проектов раньше была по силам только крупным компаниям, таким, как Google, которые могли позволить себе закупку и эксплуатацию мощных вычислительных систем и специализированного оборудования. А в ближайшем будущем работу с нейронными сетями и искусственным интеллектом смогут позволить себе даже небольшие организации и любители-одиночки. И это станет возможным благодаря компании Movidius, дочерней компании Intel, которая выпускает на рынок продукт под названием Neural Compute Stick. Данное устройство имеет размеры, сопоставимые с размером USB-накопителя, а в его недрах скрыта достаточно мощная нейронная сеть и набор алгоритмов глубинного машинного самообучения.

Представители компании Intel утверждают, что появление устройства Neural Compute Stick сделает технологии нейронных сетей и искусственного интеллекта более "демократичными" и доступными. "Мозгом" устройства Neural Compute Stick является модуль визуальной обработки Myriad 2 visual processing unit (VPU), а само устройство обладает большой вычислительной мощностью и имеет очень малый расход энергии.


"Модуль Myriad 2 VPU внутри устройства Neural Compute Stick обеспечивает его чрезвычайно высокую эффективность. Производительность этого устройства эквивалентна 100 ГФлопс при расходе энергии всего в 1 Ватт" - рассказывает Реми Ель-Оуэззэйн (Remi El-Ouazzane), генеральный директор компании Movidius, - "Это позволит работать с нейронными сетями в режиме реального времени даже устройствам вроде мобильных телефонов и планшетных компьютеров. А это, в свою очередь, сделает технологии искусственного интеллекта более массовыми, мобильными и не зависящими от облачных сервисов".

Устройство Neural Compute Stick может быть запрограммировано на создание в его недрах типовых или уникальных нейронных сетей. Оно может быть также использовано в качестве своего рода ускорителя, увеличивающего интеллектуальную мощь процессора существующего компьютера или телефона. В настоящее время компания Movidius предлагает устройство Neural Compute Stick по цене в 79 американских долларов, а с его возможностями можно ознакомиться более подробно, просмотрев приведенный чуть ниже рекламный видеоролик.



Источник

Создан лазер-на-чипе, обладающий рекордными на сегодняшний день характеристиками


Исследователи из Научно-исследовательского института MESA+ университета Твенте, Нидерланды, работая совместно со специалистами компании Lionix, разработали самый узкополосный на сегодняшний день лазер-на-чипе. Данное достижение может обеспечить прорыв в быстро развивающейся области кремниевой фотоники, которая станет основой множества высокоскоростных технологий следующего поколения, таких, как 5- и 6G Интернет, более высокоточная спутниковая навигация и т.п.

В настоящее время область электроники медленно приближается к границам, после которых дальнейшее увеличение быстродействия и повышение эффективности работы устройств станет невозможным в силу некоторых фундаментальных физических ограничений. Именно поэтому ученые занимаются поисками альтернативных вариантов, одним из которых является фотоника, в которой для передачи и обработки информации используются фотоны, частицы света.

Для эффективного функционирования фотонных чипов требуются технологии высокоточного и надежного управления световыми сигналами. Это подразумевает, что все фотоны, циркулирующие по цепям и световодам чипа, должны быть максимально подобны друг другу и иметь одну частоту, фазу и поляризацию. А такие фотоны должны быть сгенерированы специальным высокостабильным источником света, как лазер, созданный исследователями из университета Твенте. Ширина полосы спектра этого лазера, конечно, существенно больше полосы самого высококачественного лазера на сегодняшний день, о котором мы рассказывали не так давно. Разброс частоты лазера-на-чипе составляет 290 Гц, но свет этого лазера является более чем в 10 раз узкополосным, нежели свет любого другого лазера-на-чипе.

Новый лазер-на-чипе является перестраиваемым, т.е. длину волны излучаемого им света можно изменять в достаточно широком диапазоне. Собственно этот лазер является гибридным устройством, он состоит из двух независимых фотонных элементов, связанных друг с другом оптическим способом.

Благодаря появлению нового высококачественного лазера-на-чипе у людей появилась возможность создания фотонных чипов, способных пропускать через себя широкие потоки данных, передаваемых через оптоволоконные линии, более точных часов, которые обеспечат работу систем спутниковой навигации следующего поколения, датчиков, которые будут контролировать целостность конструкций мостов и других сооружений, и многое, многое другое.

Источник