Научно популярные новости - Intel ISEF - Intel ISEF http://isef.in.ua Sun, 25 Jun 2017 03:36:05 +0300 ru-ru Грунт из астероидов как радиационная защита http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/401-grunt-iz-asteroidov-kak-radiatsionnaya-zashchita.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/401-grunt-iz-asteroidov-kak-radiatsionnaya-zashchita.html Грунт из астероидов как радиационная защита

Большие куски пород, которые встречаются в космосе, могут стать спасением для астронавтов. Грунт добытый из астероидов мможет быть использован в долгосрочных миссиях как защита от космической радиации.

Облучение космической радиацией, это один из самых больших рисков для жизни, с которыми приходится столкнуться астронавтам во врем долгосрочных миссий. Таких как запланированное путешествие на Марс или строительство поселения на луне. Исследования проведенные в 2013 году показывают, что во время возвращения с путешествия на Марс, астронавты за один раз могут получить дозу, сравнимую с облучением человека за всю жизнь.

Но тяжелые алюминиевые щиты, которые используются сейчас в краткосрочных миссиях, слишком дорого перевозить так далеко. Для долгосрочного пребывания на Луне или Марсе нам нужен материал, который можно найти непосредственно в космосе, говорит Даниэль Бритт из Университета Центральной Флориды.

«В конце концов, для строительства хоть сколь-нибудь крупной заставы, базы или колонии, нам нужна возможность изготавливать все необходимые детали за пределами Земли, прямо на месте,» подтверждает Поль ван Сюзанте из Мичиганского Технологического Университета.

Ответом могут стать астероиды, говорит Бритт. Порода в астероидах богата на водород, который является самым эффективным материалом для блокирования протонов и космических лучей. Бритт и его коллега Леос Похл определили, что грунт на десять проентов эффективней чем алюминий — который используется в большинстве современных щитов — в остановке высоко-экзегетических заряженых частиц, излучаемых Солнцем и другими космическими телами.

Правда еще не решена задача добычи необходимой породы. «Сейчас не существует машин, которые могли бы добывать ископаемые в условиях нулевой гравитации», объясняет ван Сюзанте.

Но есть несколько путей как это можно сделать. Например, нужный грунт не ммагнитный, а значит его можно отделить от магнитных веществ с помощью мощного магнита.

«Осуществление любых задач становится сложной проблемой, если происходит в космосе, но всегда находится несколько путей ее решения», говорит Бритт.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Wed, 22 Mar 2017 13:16:00 +0200
Квантовое обучение http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/398-kvantovoe-obuchenie.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/398-kvantovoe-obuchenie.html Квантовое обучение

Эффективное определение характеристик квантовых систем, проверка операций квантовых устройств и подтверждение физической модели, на которой базируется их дизайн, является основным заданием квантовых технологий и фундаментальной физики. Затраты на просчет таких исследований можно уменьшить, если использовать машинное обучение улучшенное квантовой симуляцией. Исследователи сравнили две разные квантовые системы (кремний-фотонный квантовый симулятор и электрон заперты в алмазе с азотно-вакантным центром) по классической схеме, и определили с их помощью коэффициент Гамильтона, использовав Байесовое вычисление. Ученые получили ьбдзаметные параметры Гамильтона с приблизительной неопределенностью. К тому же они наблюдали насыщение в алгоритме обучения, вызванное недостатками базовой модели Гамильтона. Это позволяет надеяться на возможность улучшения модели алгоритма. Исследователи создали интерактивную версию протокола и экспериментально доказали ее способность характеризовать эффективность квантовых фотонных устройств.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Fri, 17 Mar 2017 11:50:00 +0200
В 2018 году могут появиться официально разрешенные автомобили без руля http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/395-v-2018-godu-mogut-poyavitsya-ofitsialno-razreshennye-avtomobili-bez-rulya.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/395-v-2018-godu-mogut-poyavitsya-ofitsialno-razreshennye-avtomobili-bez-rulya.html В 2018 году могут появиться официально разрешенные автомобили без руля

В соответствии с правилами для самоуправляемых автомобилей, недавно предложенными в Калифорнии, Департамент Автомобильного Транспорта разрешит компаниям тестирование моделей авто не оснащенных рулем. И это всего лишь через три года после того как Google представил концепт самоуправляемой машины без руля (известной сейчас как Waymo).

Как только автомобили будут протестированы на закрытых треках и в компьютерных симуляциях, самоуправляемые модели получат возможность беспрепятственно передвигаться дорогами Калифорнии без водителя или даже без возможности быть управляемыми водителем.

По текущим правилам, в самоуправляемом автомобиле должен присутствовать водитель, в любой момент готовый перехватить управление на себя, если что-то пойдет не так.

А по новым, разработчик обязан направить заявку, сертифицировать коммуникационный канал с машиной, предоставить план взаимодействия с местными силами правопорядка, создать тенировочную программу для операторов удаленного управления, и получить письмо с подтверждением безопасности от Национальной Админимстрации Безопасности Движения на Хайвеях.

Впрочем теперь компаниям не нужно получать разрешения на тестирование автомобилей от местных властей — достаточно их просто письменно предупредить.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Fri, 10 Mar 2017 11:11:00 +0200
Boston Dynamics создали робота который умеет ходить, прыгать и ездить http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/392-boston-dynamics-sozdali-robota-kotoryj-umeet-khodit-prygat-i-ezdit.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/392-boston-dynamics-sozdali-robota-kotoryj-umeet-khodit-prygat-i-ezdit.html Boston Dynamics создали робота который умеет ходить, прыгать и ездить

Boston Dynamics построили нового робота под названием Handle. Это исследовательская модель ростом в 1,98 метра может разгоняться до 14,48 км/ч и подпрыгивать на высоту до 1,2 метра. Он использует электрику как в двигателях, так и в гидравлических соединениях, поэтому полного заряда батареи ему хватает примерно на 15 км. Handle большей частью использует те же принципы динамики, баланса и движения, что и созданные ранее четвероногие и двуногие роботы. Но учитывая наличие всего десяти управляемых соединений, эти системы намного проще. Колеса эффективны на плоскихповерхностях, в то время как ноги способны преодолеть почти любое препятствие. А скомбинировав в Handle и колеса и ноги, разработчики смогли получить лучшее из двух миров.

Boston Dynamics построили робота со множеством преимуществ: мобильного, ловкого, подвижного и быстрого. Для того чтоб полностью раскрыть возможности сложной механики, разработчики создали систему управления, ориентирующуюся на показания сенсоров и их просчет. Проект, от начальной идеи и до испытаний «в поле» и мелкосерийного производства, является результатом усилий одной команды разработчиков.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Thu, 02 Mar 2017 10:36:00 +0200
Оригами пригодились при создании передвижного кевларового щита http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/389-origami-prigodilis-pri-sozdanii-peredvizhnogo-kevlarovogo-shchita.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/389-origami-prigodilis-pri-sozdanii-peredvizhnogo-kevlarovogo-shchita.html Оригами пригодились при создании передвижного кевларового щита

Инженеры механики из BYU (Brigham Young University), используя технику оригами, создали легкий пуленепробиваемый щит для защиты представителе закона во время вооруженных столкновений. Новый баллистический барьер можно складывать, когда он не используется, что делает проще его транспортировку и хранение. Когда он раскрыт — на что нужно всего пять секунд — барьер обеспечивает защиту для офицеров, останавливая пули нескольких видов огнестрельного оружия.

«Мы работали вместе с федеральными специальными агентами для того чтоб понять какие потребности у них есть. Точно так же мы консультировались с отрядами SWAT, офицерами полиции и представителями других органов правопорядка. В нашем исследовании мы обнаружили, что текущие решения такого рода чаще всего слишком тяжелые и не настолько мобильны, как этого хотелось бы,» говорит Ларри Хоувэлл, профессор инженерной механики из BYU. “Мы хотели создать решение, которое было бы компактным, мобильным, легким и очень хорошо защищало.»

Сотрудничая с правоохранителями, исследователи из BYU выяснили, что современные средства защиты мало изменильсь со времен средневековья: щиты, это чаще всего плоские и неудобные плиты, которые обеспечивают защиту всего одному человеку. Барьеры, в свою очередь, настолько тяжелы и громоздки, что офицерам сложно выдвинуть их на позицию.

Защита, созданная Хоувелом и его коллегами, изготовлена из двенадцати слоев пуленепробиваемого Кевлара. Ее вес составляет всего 25 килограмм (большинство стальных барьеров, используемых сейчас, месят не менее 45 килограмм). Барьер созданный в BYU использует дизайн складок оригами Йошимура, что обеспечило возможность загнуть его вокруг офицера, добавив к фронтальной еще и боковую защиту.

На испытаниях барьер выстоял против пуль из писотлетов калибра 9мм, .357 Magnum и .44 Magnum.

«Эти пистолеты известны своей мощностью,» говорит Хоувел. «Мы ожидали, что что-то настолько мощное как .44 Magnum может перевернуть его, но этого не произошло. Барьер оказался чрезвычайно стабильным, даже когда в него попадают пули большого калибра.»

Сконструированный исследователями прототип барьера оказался необычайно устойчивым и защищенным, сохранив при этом гибкость Кевларовой ткани, что дает возможность компактно его складывать. Учитывая то, что Кевларовая ткань подвержена обтрепыванию, истиранию, а так же не любит влагу и солнечный свет, команда обратила особое внимание пропиткам защищающим ее от воздействия внешней среды.

«Он разворачивается из очень компактного свертка, который вы можете возить с собой в багажнике машины, чтоб при необходимости легко его достать, быстро развернуть и воспользоваться защитой от пуль,» говорит Терри Бэйтмен, адъюнкт-профессор инженероной механики в BYU и один из членов исследовательской группы. «После этого вы можете не менее легко сложить барьер и убрать его, или переместить на другую позицию.»

Исследователи считают, что кроме защиты офицеров полиции, этот барьер может использоваться для защиты детей в школа или раненых людей в чрезвычайных ситуациях. Хотя баллистический барьер сейчас находится в стадии прототипа и не принят на вооружение ни одним из правоохранительных ведомств, Хоувел и Бейтмен смогли протестировать его вместе с боевыми офицерами. И пока-что отзывы сугубо положительные.

«Защитники правопорядка постоянно находятся в зоне риска, и мы считаем что эта разработка действительно окажет сильное влияние и позволит спасти много жизней,» говорит Бэйтмен. «Благодаря этому мы ощущаем, что наша работа делает этот мир лучше.»

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Mon, 27 Feb 2017 05:29:23 +0200
Коммерческие дроны с огнеметами будут сжигать мусор на линиях электропередач http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/386-kommercheskie-drony-s-ognemetami-budut-szhigat-musor-na-liniyakh-elektroperedach.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/386-kommercheskie-drony-s-ognemetami-budut-szhigat-musor-na-liniyakh-elektroperedach.html Коммерческие дроны с огнеметами будут сжигать мусор на линиях электропередач

Сейчас Китай является одним из лидеров в производстве дронов. Так что нет ничего удивительного что для них в этой стране находят много применений. Так, одна из китайских энергетических компаний из Хенгуанга (Xiangyang) нашла им очень интересную работу. Оснастив дроны огнеметами, они отправили их сжигать мусор, который застрял на линиях электропередач.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Fri, 24 Feb 2017 05:23:58 +0200
Наноструктурированные электроды могут увеличить емкость литиевых батарей на 50% http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/383-nanostrukturirovannye-elektrody-mogut-uvelichit-emkost-litievykh-batarej-na-50.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/383-nanostrukturirovannye-elektrody-mogut-uvelichit-emkost-litievykh-batarej-na-50.html Наноструктурированные электроды могут увеличить емкость литиевых батарей на 50%

Nanode — это трехмерный, нано-структурированный, пористый электрод, который способен увеличить емкость современных батарей на 50%. Это увеличит время автономной работы от батарей, а так же ускорит их зарядку. Это достигнуто не только благодаря структуре материала, но и с помощью использования олова как активного материала. Олово известно намного большей плотностью энергии, чем у используемого сейчас графита. Но до этого времени его коммерческое использование ограничивалось из-за расширения материала в процессе зарядки. Это приводило к перенапряжению в материале электрода и быстрой потере энергии. Текущие коммерческие реализации литиевых аккумуляторов используют фольгу/частицы для образования электродов. Их способность к компенсации увеличения объема очень мала из-за того, что когда частицы расширяются, электрод начинает увеличиваться.

Сделанный из олова Nanode, интегрирует структуру предназначенную ддля уменьшения напряжения от расширения материала электрода. Это стало возможно благодаря тому, что обовянная фольга распределена в трех измерениях по сети каналов, впротивовес размещению частиц на плоской фольге. Это позволяет структуре электрода выдерживать увеличение объема оловянной фольги, одновременно сохраняя неизменный размер самого электрода.

Главное преимущество оловянного Nanode в том, что он способен сохранять в меньшем объеме такое же количество энергии что и у больших по размеру современных литиевых батарей. Потенциально это даст нам уменьшение разиеров и удешевление новых поколений батарей.

При сборке батарей один оловянный Nanode может заменить обе части графитового анода, а так же и фольгу коллектора тока. Этого можно достигнуть подбором количества активного вещества до достижения емкости двух катодов, одновременно поддерживая неизменность размеров благодаря структуре Nanode. Таким образом оловянный Nanode способен улучшить массо-габаритные характеристики батарей привычных емкостей.

Если же интегрировать в наноструктуру и коллектор тока, то можно обойтись и без медной фольги и присадок для порошкового электрода. В добавок, Nanode может обеспечить более легкое смачивание жидким электролитом: такой электрод тоньше, и с ним нет препятствия в виде коллектора тока, так что жидкость может свободно курсировать по порам наноструктуры.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Mon, 20 Feb 2017 05:19:59 +0200
Исследователи создали экономный преобразователь энергии для интернета вещей, вдвое снизив энергопотребление в режиме ожидания http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/380-issledovateli-sozdali-ekonomnyj-preobrazovatel-energii-dlya-interneta-veshchej-vdvoe-sniziv-energopotreblenie-v-rezhime-ozhidaniya.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/380-issledovateli-sozdali-ekonomnyj-preobrazovatel-energii-dlya-interneta-veshchej-vdvoe-sniziv-energopotreblenie-v-rezhime-ozhidaniya.html Исследователи создали экономный преобразователь энергии для интернета вещей, вдвое снизив энергопотребление в режиме ожидания

«Интернет вещей» это концепция по которой средства передвижения, бытовая техника, дома, инструменты и даже одежда скоро будут оснащены сенсорами. Они будут транслировать информацию непосредственно на сетевые сервера, помогая в обслуживании и координации заданий.

Эти сенсоры должны быть очень энергоэффективными, чтоб обеспечить время работы от батарей на протяжении месяцев, или способные работать на энергии добытой из окружающей среды. Но для этого нужно, чтоб устройства могли принимать ток с различным напряжением. К примеру, сенсор может часто просыпаться, выполнять измерения и небольшие вычисления — не вышли ли параметры за заданные границы. На эти операции нужно совсем мало энергии. Но иногда сенсору необходимо передать предупреждение удаленному приемнику. И эта задача требует намного больше энергии.

Обычно преобразователь энергии, который принимает входящее напряжение и превращает его в постоянное выходящее, работает эффективно только с ограниченным диапазоном напряжений. Но на Международной Конференции Твердотельных схем, которая проходилла на прошлой неделе, исследователи из MIT Microsystems Technologies Laboratories (MTL) представили новый конвертер, который остается эффективным для напряжений от 500 пикоампер од одного миллиампера, что в 200000 раз больше возможностей традиционных решений.

«Обычно у конверторов есть потребление покоя, это энергия которую они рассеивают даже тогда, когда к ним ничего не подключено» объясняет Арун Пайдимарри, который был постдоктором в MTL когда эта разработка была завершена, а теперь работает в IBM Research, «Так, к примеру, если потребление покоя равно микроамперу, тогда даже если подключить нагрузку в наноампер, потребление схемы не опустится ниже микроапера. Мой конвертер это что-то, что может поддерживать эффективность для широких диапазонов напряжений.»

Конвертен, созданный исследователямми, это прибор, который работает на понижение напряжения. То есть исходящее напряжение у него ниже входящего. К примеру, он может получать ток напряжением от 1,2 до 3,3 вольт и обеспечивать выходное напряжение в диапазоне от 0,7 до 0,9 вольт.

«В решениях с малым потреблением, конвертеры работают не с постоянным потоком энергии», объясняет Пайдимарри. «Они работают с пакетами энергии. У вас внутри конвертера есть переключатели, индуктор и конденсатор, и вы просто включаете и выключаете эти переключатели.»

Управляющая схема таких переключателей включает цепь, которая измеряет выходное напряжение конвертера. Если оно падает ниже какого-то значения — в нашем случае 0,9 вольт — контроллер активирует переключатель и освобождает пакет энергии. После чего повторно проводятся измерения, и, если нужно, добавляется следующий пакет энергии.

Если у конвертера нет нагрузки, или если ток идет только в простую, локальную цепь, контроллер может выдавать от одного до сотен пакетов в секунду. А если к конвертеру подключен передатчик, то количество пакетов может достигать миллионов в секунду.

Чтоб обеспечить необходимый уровень напряжения, обычный конвертер — даже маломощный — просто будет выполнять ммиллионы иммерений в секунду; опираясь на полученные данные он выдаст от одного до миллиона пакетов энергии. В свою очередь, каждое измерение тоже вызывает трату энергии. Для большинства применений такие расходы не критичны. Но для интернета вещей они недопустимы.

Конвертер, разработанный Пайдимарри и Чхандракасаном, решает эту проблему при помощи регулируемой частоты работы цикла. Что позволяет достигнуть эффективности в широком диапазоне напряжений. В свою очередь это ведет к усожнению кправляющей схемы. К примеру, мониторинг выходного напряжения осуществляется при помощи делителя напряжения, который тратит часть выходного напряжения на измерения. Обычно делитель просто включен в выходную цепь, и поэтому постоянно активен.

Но элемент постоянно потребляющий ток снижает эффективность. Поэтому в схеме созданной разработчиками из MIT, делитель напряжения окружен дополнительными элементами, которые дают ему доступ к току лишь на долю секунды, нужную для выполнения измерения. В результате потребление схемы удалось снизить минимум на 50 процентов, в сравнении с лучшими современными конвертерами

Чхандракасан считает, что эта разработка открывает новые возможности для создания электроники способной работать на необычных источниках энергии. К примеру — гаджетов работающих от тока генерируемого человеческим телом. Эта разработка расширяет привычные границы использования конвертеров постоянного тока и низкого напряжения, демонстрируя, что эффективность может быть достигнута даже для самых маломощных потребителей.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Fri, 17 Feb 2017 05:12:31 +0200
Micro Mote — компьютер объемом в один кубический миллиметр http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/374-micro-mote-kompyuter-ob-emom-v-odin-kubicheskij-millimetr.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/374-micro-mote-kompyuter-ob-emom-v-odin-kubicheskij-millimetr.html Micro Mote — компьютер объемом в один кубический миллиметр

В 2015 году мичиганский Micro Mote стал первым в мире работоспособным полноценным компьютером размером всего в два миллиметра. Чтоб считаться «полноценным», компьютер должен иметь устройство ввода данных, возможность их обработать — то есть сохранить и выполнить с ними какие-то действия — и конечно же возможность вывести данные. Один из создателей этого чуда, профессор Блау, объяснил, что для ввода они использовали сенсоры, а для вывода — радио канал. Еще одним ключевым параметром настоящего компьютера является способность обеспечивать себя энергией.

В 2017 году та же команда смогла уменьшить размер системы до одного кубического миллиметра. В линейке самого маленького в мире компьютера есть несколько типов машин, и все они оснащены мегабайтом флеш памяти. Цель их разработки — создание более умных и маленких сенсоров для медицинских устройств и интернета вещей. Сенсоров, которые смогут делать больше, тратя меньше энергии. Множество микрофонов, камер и других сенсоров, которые служат глазами и ушами умных устройств, постоянно находятся в активном состоянии, и чаще всего транслируют персональные данные прямо в «облако» - так как не способны самостоятельно их обработать. По некоторым прогнозам, в 2035 году количество подобных устройств достигнет отметки в один триллион. «если у вас есть триллион устройств, которые постоянно генерируют информацию, то мы утонем в этом потоке данных,» говорит Блау. Создав маленький, энергоэффективный сенсор, который может выполнять расчеты самостоятельно, Блау и Сильвестр надеются улучшить защиту персональной информации умными устройствами и сделать их более энегоэффективными.

Текущий вариант Micro Mote потребляет всего лишь несколько нановатт выполняя такие задачи как распознавание звука проезжающей мимо машины, измерение темперауры и уровня освещенности. Они создали компактный радиопередатчик, который способен передавать информацию на расстояние до 20 метров — что значительно лучше их прошлогодней разработки.

Другой Micro Mote, продемонстроирванный на SSCC, использовал процессор с интегрированной нейронной сетью для глубокого обучения, потребляющий всего 288 микроватт. Нейронные сети, это алгоритмы используемые при создании искусственного интеллекта и предназначенные для распознавания лиц и голосов. Обычно для их работы нужны значительные объемы памяти и большие вычислительные мощности. Поэтому чаще всего их можно увидеть работающими на серверных кластерах с фермами мощных видеоускорителей.

Мичиганский Micro Mote оснащен солнечной батареей, которая подзаряжает встроенный аккумулятор от окружающего освещения. Элемент может работать как от солнечного, так и от искусственного освещения, что гарантирует безостановочную работу компьютера.

Эта линейка компьютеров класса «умная пыль» состоит из компьютеров оснащенных камерами (с отпределением движения(), сенсорами температуры и давления. Это кульминация многих лет труда Блау и Сильвестра над созданием очень экономных и миниатюрных систем.

Главный толчок развития системы был дан в 2008 году, когда появился процессор Phoenox. Это кристалл размером 915х915 нанометров, которому достаточно тока очень низкого напряжения, и который имеет уникальный режим ожидания, что в результате дало возможность достигнуть среднего уровня энергопотребления на уровне 500 пиковатт. (Отметим, что клетка человеческого тела потребляет приблизительно один пиковатт энергии)

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Tue, 14 Feb 2017 20:07:00 +0200
Исследователи смогли обратить коэфициент Холла — средневековая кольчуга вдохновила на создание метаматериала с новыми свойствами http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/373-issledovateli-smogli-obratit-koefitsient-kholla-srednevekovaya-kolchuga-vdokhnovila-na-sozdanie-metamateriala-s-novymi-svojstvami.html http://isef.in.ua/novosti/nauchno-populyarnye-novosti/item/373-issledovateli-smogli-obratit-koefitsient-kholla-srednevekovaya-kolchuga-vdokhnovila-na-sozdanie-metamateriala-s-novymi-svojstvami.html Исследователи смогли обратить коэфициент Холла — средневековая кольчуга вдохновила на создание метаматериала с новыми свойствами

Ученые из Карлшрухского Технологического Университета (КТУ), разрабатывая новый метаматериал черпали вдохновение в плетении средневековых кольчуг. Результат впечатляет — им удалось обратить коэффициент Холла.

Эффект холла наблюдается при прохождении электрического тока через проводник находящийся в магнитном поле. Этот эфффект является в физике базовым и позволяет измерять мощность магнитного поля. На нем основаны все магнитные сенсоры скорости в автомобилях и компасы в смартфонах. Кроме измерения магнитного поля, эффект Холла так же может быть использован как одна из характеристик металлов и полупроводников. В частности, для определения плотности заряда металла проводников. Величина измерянного напряжения Холла позволяет определить какой заряд переносит проводник: позитивный или негативный.

Математики уже предсказывали теоретическую возможность обращения коэффициента Холла материала (такого как кремний или золото), имеется в виду изменение знака на противоположный. Для получения такого результата планировалось использовать трехмерную кольцевую структуру, похожую на плетение средневековой кольчуги. Но эта задача была признана чересчур слошной, так как планировалось создавать сетку из миллионов колец состоящих из трех компонентов.

Кристиан Керн, Маумер Кадик и Мартин Вегенер, из Института прикладной физики при КТУ, определили, что на самом деле достаточно одного базового материала. А вот форма колец должна строго соответствовать расчетному образцу. Для начала они создали полимерную решетку с помощью 3D принтера с высоким разрешением. После чего покрыли ее полупроводящим оксидом цинка.

В результате был получен метаматериал с позитивным коэффициентом, хотя материал из которого сделана решетка имеет отрицательный коэффициент. Это выглядит как философский камень: формула при помощи которой средневековые алхимики пытались превратить одно вещество в другое. Но тут нет настоящего превращения. «Носителями заряда в метаматериале остаются негативно заряженные электроны,» объясняет Кристиан Керн. «Только измерения коэффициента Холла определяют заряд как позитивный, из-за того, что структура метаматериала заставляет их двигаться в по другому.»

Керн утверждает, что открытие пока-что не имеет практического примененич. Существует много материалов как с позитивным, так и с негативным значением коэффициента Холла. Но Керн хочет продолжить исследования. Следующим шагом будет создание анизотропных структур, в которых эффект Холла будет повернут в направлении действия магнитного поля. Обычно напряжение эффекта Холла перпендикулярна к току и магнитному полю. После создания новый метаматериал можно будет использовать в новых датчиках для непосредственного измерения завихрений в магнитном поле.

]]>
bondd.mail@gmail.com (Denis Bondarenko) Научно популярные новости Thu, 09 Feb 2017 20:06:00 +0200