Думаете, что научные прорывы всегда сопровождаются громкими заголовками и сенсациями? На самом деле, множество малозаметных открытий происходит ежедневно, и именно они незаметно двигают науку вперед! В этом выпуске мы расскажем вам, как технологии, появляющиеся в тени, могут изменить наш мир.
В этот раз вы узнаете о новом методе химического анализа, разработанном учеными из EPFL, который использует искусственный интеллект для преодоления проблем с шумными данными. Один из главных героев - учёные из MIT, которые изобрели крошечную батарею для микророботов, способных доставлять лекарства внутри человеческого тела и обнаруживать утечки в газопроводах.
Не обошлось и без удивительных изобретений из Южной Кореи: инженеры разработали колесо, которое меняет свою форму в реальном времени, адаптируясь к неровностям дороги. А студенты из Йельского университета и MIT вдохновились природой и создали мембранные технологии, способные извлекать редкие металлы из сточных вод и электронных отходов.
Но это ещё не всё! Узнайте, как исследователи из Университета Калифорнии изобрели нанотермометры, которые меняют цвет в зависимости от температуры, и как китайские учёные разобрались в механизм синхронизации ресничек с помощью микророботов.
Приготовьтесь удивляться! Эти невидимые, тихие инновации формируют будущее науки и технологий, двигая человечество к новым вершинам. Погрузитесь в мир миниатюрных инноваций и убедитесь, что истинный прогресс скрывается часто в неприметных деталях!
Искусственный интеллект идёт на помощь: как улучшить химический анализ наноматериалов
Ученым из EPFL удалось разработать метод на основе искусственного интеллекта, способный улучшить химический анализ наноматериалов, преодолевая сложности с шумными данными и смешанными сигналами. Наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки и серебряные наночастицы, находят применение в медицине, электронике и других областях. Однако их точный химический анализ затруднён из-за низкого отношения сигнала к шуму при традиционных методах, таких как энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX) в сочетании с просвечивающей электронной микроскопией.
Команда исследователей, включая Хуи Чена, Дункана Александера и Сесиль Эбер, разработала новый метод под названием PSNMF (основанное на неотрицательной матричной факторизации пан-шарпенинг), который значительно повышает ясность и точность данных EDX. Их метод сперва объединяет данные с близлежащих пикселей, улучшая отношение сигнал/шум, а затем использует неотрицательную матричную факторизацию для анализа этих данных. В итоге они получили качественные спектральные данные, сохраняя при этом высокое пространственное разрешение.
PSNMF был проверен на синтетических данных, симулирующих реальные условия анализа минералов, и показал высокую эффективность в точном выявлении и разделении различных материалов, даже в малых количествах. Применяя метод к реальным образцам, таким как наноминерал и нанокатализатор, исследователи успешно отделяли и количественно оценивали перекрывающиеся материалы.
Этот метод является значительным улучшением в области химического анализа на наноуровне. Он позволяет получать точные результаты несмотря на шумные данные и перекрывающиеся сигналы, что расширяет наши возможности в изучении и использовании наноматериалов в различных областях, от передовой электроники до медицинских устройств.
Мини-роботы для медицины: MIT разработал крошечную батарею для автономных устройств
Ученые из MIT придумали крошечную батарею, которая может подарить автономию крошечным роботам, способным доставлять лекарства внутри человеческого тела и даже находить утечки в газопроводах. Эта батарея, длиной всего 0,1 мм и толщиной около 0,002 мм (приблизительно как человеческий волос), использует кислород из воздуха для окисления цинка, создавая напряжение до 1 В, что достаточно для питания небольших схем, датчиков или исполнительных механизмов.
Профессор Майкл Страно отмечает, что разработка станет важнейшим шагом для робототехники, так как позволяет создавать роботов со встроенной батареей, свободных от ограничения привязки к внешнему источнику энергии. Батарея обеспечивает такую автономию, которая необходима для применения микророботов в сложнодоступных местах, например, внутри организма или в труднодоступных участках инфраструктуры.
Студенты Хуи Чен и Сонгюн Ян, ведущие авторы исследования, показали, что их батарея способна питать разные устройства: от роботизированной руки до мнемистратора (устройства, запоминающего события через изменение электрического сопротивления). Батарея также поддерживает работу двух типов датчиков для обнаружения химических веществ, что расширяет возможности применения в медицинских и экологических задачах.
В отличие от "кукольных" систем, которые зависят от внешних источников энергии, батарея на основе цинка и воздуха позволяет создать полностью автономных роботов. Исследователи даже предполагают, что в будущем такие микроустройства смогут вводиться в тело человека для доставки лекарств, например, инсулина.
Сейчас команда сосредоточена на создании более мощных версий этих батарей, что позволит расширить спектр применения и улучшить эффективность микророботов. Страно видит большие перспективы в интеграции батареи и самого робота в единое устройство, что откроет новые горизонты для нанотехнологий в самых разных областях – от медицины до промышленности.
Инновационные колеса для любых дорог: южнокорейские инженеры представили колесо будущего
Представьте себе колесо, которое меняет свою форму в реальном времени, подстраиваясь под нерегулярные неровности поверхности. Это не научная фантастика, а новейшее достижение команды инженеров из нескольких южнокорейских институтов.
Исследователи разработали уникальное колесо, которое состоит из цепочки прямоугольных блоков по периметру. Эти блоки соединены проволочными спицами, которые крепятся к регулируемой осевой втулке. Эта втулка позволяет изменять длину спиц, что приводит к изменению формы колеса.
Когда расстояние между сторонами втулки увеличивается, спицы укорачиваются, подтягивая часть блоков внутрь и изменяя форму колеса, чтобы оно могло адаптироваться к неровной поверхности. На ровных участках колесо принимает жесткую, круглую форму, обеспечивая плавное движение.
Чтобы продемонстрировать возможности нового дизайна, команда создала четырехколесное транспортное средство и тестировала его на различных препятствиях. Результаты впечатляющие: колесо легко преодолевало препятствия, с которыми обычные колеса не справляются. Также был создан двухколесный прототип, который может стать основой для будущих моделей инвалидных колясок, способных передвигаться в самых разных условиях.
Основное преимущество этого инновационного колеса в том, что оно не ограничивается гладкой поверхностью и может быть полезным для различных роботов и внедорожных транспортных средств. Это открытие потенциально может изменить представление о мобильности на пересечённой местности и значительно расширить возможности использования колесной техники.
Переработка редких металлов: как мембранные технологии и биохимия могут спасти планету
Сегодня критически важные минералы, такие как литий и кобальт, играют ключевую роль в батареях, электромобилях и системах возобновляемой энергии. Но как удовлетворить растущий спрос на эти материалы? Ответ может быть ближе, чем мы думаем — в мембранных технологиях, вдохновлённых природой!
Команда исследователей из Йельского университета и MIT разработала продвинутую мембрану с нанопорами, способную извлекать полезные материалы из альтернативных источников, таких как сточные воды и электронные отходы. Эти мембраны могут быть настроены на фильтрацию конкретных веществ, как это делают природные структуры.
"Нам нужно думать, как биохимики, и разрабатывать методы на молекулярном уровне," - говорит Камилл Виолет, ведущий автор статьи, опубликованной в Nature Water. "Мембраны будущего смогут разделять химически похожие элементы, такие как кобальт и никель, которые сложно отделить традиционными методами."
Исследователи вдохновляются природными механизмами, например, ионными каналами в организме, которые умеют выбирать калий и отторгать натрий. Подобные принципы могут быть использованы для создания более точных и эффективных мембран.
Эти технологии могут иметь огромные практические выгоды. В условиях, когда традиционная добыча металлов наносит ущерб окружающей среде и часто сопряжена с неэтичными условиями труда, мембраны предлагают альтернативу. Электронные отходы богаты редкоземельными элементами, а использованные литий-ионные батареи содержат литий и кобальт, которые можно перерабатывать с помощью новых мембранных технологий.
"Мы можем использовать мембраны для извлечения чистых компонентов из сложных потоков отходов," - объясняет Виолет. "Это огромный шаг вперёд для восстановления ресурсов и улучшения водоочистки."
Наномасштабные термометры
Ученые из Университета Калифорнии в Ирвине нашли волшебный способ измерения температуры на наномасштабе. Они разработали новый материал, который меняет цвет в зависимости от температуры. Профессор химии Макс Аргилья сравнил эти термометры с "наномасштабными кольцами настроения", но уточнил, что их устройства могут не просто показывать температуру качественно, а точечно калиброваться для оптического считывания температуры.
Эти умные термометры, которые напоминают миниатюрные спирали, появляются благодаря новому материалу, который команда ученых вырастила в своем лабораторном инкубаторе. На микроскопическом уровне они выглядят как крошечные "пружинки". Исследователи заметили, что цвет этих "пружинок" меняется от желтого к оранжевому в зависимости от температуры, и с точностью определили, какой цвет соответствует какой температуре.
Теперь у нас есть возможность измерять температуру с невероятной точностью, что имеет огромное значение для биологических и промышленных процессов, таких как измерение температур внутри клеток или оценка эффективности микросхем и устройств хранения данных. Эти новые термометры обещают быть в десять раз чувствительнее, чем существующие аналоги.
Как говорит Аргилья, следующая цель их команды - проверить другие наноматериалы, чтобы разработать термометры, которые могут измерять более широкий диапазон температур. "Мы пытаемся взломать правила дизайна материалов, чтобы создать ещё более чувствительные устройства," - добавляет он.
Микророботы раскрывают тайны синхронизации ресничек
Реснички — крошечные волоконца на поверхности некоторых клеток, которые помогают им чувствовать и двигаться. Для выполнения своих функций, реснички должны двигаться синхронно, но понять, как это происходит, до недавнего времени было сложно. Ученым из Института физики Китайской академии наук удалось создать уникальную платформу для моделирования поведения ресничек с помощью микророботов, называемых HEXBUGs.
Все началось с того, что аспиранты Иминь Ся и Зиксиан Ху случайно обнаружили, что цепочки HEXBUG, закрепленные на общей базе, могут синхронно двигаться, напоминая биологические реснички. Это открытие подтолкнуло их к использованию этих роботов для изучения механических аспектов синхронизации ресничек, игнорируя гидродинамические эффекты.
Вместе с экспертом по биологическим ресничкам доктором Да Вэй, команда построила теоретическую модель и провела симуляции, которые подтвердили наблюдения. Важным результатом стало то, что система стремилась к состоянию с максимальным рассеиванием энергии, что открывает новые перспективы для понимания эволюции неравновесных систем.
Для проведения экспериментов они соединили HEXBUGs с помощью специальных 3D-печатных крышек, которые ограничивают углы их изгиба, контролируя форму движения. Закрепив цепочки роботов на одной базе и загрузив её различными весами, команда выяснила, что более сильное трение препятствует синхронизации. Они также использовали внешний источник питания для точного управления системой.
Эти эксперименты внесли значительный вклад в понимание того, как механическая связь влияет на синхронизацию ресничек. Теперь этот метод могут использовать учёные по всему миру для дальнейших исследований. Как подчеркнул Минчен Ян, один из авторов исследования, этот подход может стать полезным инструментом для биофизиков, работающих над синхронизацией ресничек.
______________________________________________________________________________________
Спасибо за чтение, надеюсь Вам понравилась! Ставьте Ваши реакции, пишите комментарии, расскажите, какая новость вас больше всего заинтересовала. Не забывайте подписываться, если вы ещё не подписались, а также поддержите нас на Бусти, там будут эксклюзивные материалы и ранний доступ ко всем регулярным материала и роликам. Заранее спасибо!
