Znajdź zawartość

Elektronika zaszyta w ubraniach i wszczepiana do organizmu - cel i marzenie wielu inżynierów. Niestety, żeby elektronika mogła się sprawdzić na elastycznych podłożach, sama musi być elastyczna, a krzemowe układy źle się w tej roli sprawdzają. Chyba że nada im się kształt spirali. Próbowano już wielu dróg uzyskania elastyczności elektronicznych obwodów. Jednym z nich było nadawanie krzemowym drutom kształtu fali-sinusoidy, dzięki której mogły się rozciągać wraz z podłożem. Niestety, kształt taki okazał się mało trwały, miejsca, gdzie podczas deformacji występują największe obciążenia, czyli szczyty fal, bardzo szybko ulegały przerwaniu. Doktor Yong Zhu, inżynier z North Carolina State University, postanowił poszukać innego rozwiązania. Uznał, że rozciągliwy drut musi mieć kształt, przy którym obciążenie rozkłada się równo na wszystkie punkty. A taki kształt jest tylko jeden - trójwymiarowa spirala, wykorzystywana od dawna choćby do podłączania słuchawek tradycyjnych aparatów telefonicznych. Tak zwinięty kabel pozwala na bardzo duże odkształcenia i nie ulega przy tym uszkodzeniom. Sztuką było jednak przenieść to rozwiązanie w nanowymiar, a jeszcze większą - umieścić taki przewód na odpowiednim podłożu; o ile bowiem spiralne nanodruty były już tworzone, to nikomu nie udało się ich odpowiednio zintegrować z podłożem. Doktor Zhu postąpił inaczej: rozciągnął przygotowane gumowe podłoże, poddał je odpowiednim zabiegom z wykorzystaniem promieniowania ultrafioletowego oraz ozonu, a następnie osadził na nim przygotowane, krzemowe nanoprzewody. Po „puszczeniu" materiału podłoża ściągnął się on, a przewody uformowały się w działające nanospirale. Tak przygotowane przewody, jak się okazało, potrafią bez uszkodzenia rozciągnąć się ponaddwukrotnie (dokładnie o 104%), przewodząc prąd. Niestety, dopracowania wymaga jeszcze pewność takich przewodów - stabilność przewodnictwa wykazują one bowiem w daleko mniejszym zakresie niż maksymalne rozciągnięcie, być może z powodu rezystancji styku. Jeśli się uda, będzie to znaczący krok w kierunku rozciągliwej elektroniki.

Pochodzące z azjatyckich szpitali bakterie odporne na antybiotyki, popularnie zwane superbakteriami, jeszcze niedawno były straszakiem numer jeden w wiadomościach telewizyjnych. I choć media lubią podkręcać informacje i straszyć, lekooporne bakterie rzeczywiście stają się coraz poważniejszym problemem, powodując trudne do zwalczenia infekcje. Co gorsza, poza szpitalami pojawiło się nowe ich źródło: farmy hodowlane. Tym samym spełniają się ponure wizje naukowców, straszących negatywnymi konsekwencjami notorycznego karmienia zwierząt hodowlanych dużymi ilościami antybiotyków. Naukowcy z North Carolina State University i Kansas State University zidentyfikowali bakterie enterokoki (Enterococcus) odporne nie tylko na wiele powszechnie stosowanych antybiotyków (jak tetracyklina czy streptomycyna), ale również na kombinacje antybiotyków. Te pospolite i na co dzień nieszkodliwe bakterie żyjące w układzie pokarmowym wyewoluowały na świńskich farmach. Ponieważ nie mogą się one oczywiście rozprzestrzeniać w mięsie, być może byłyby zmartwieniem głównie hodowców, ale niepokojący jest mechanizm, dzięki któremu mogą się rozprzestrzeniać - karaluchy i muchy domowe, które „zbierają" superbakterie ze zwierzęcych odchodów i roznoszą dalej, potencjalnie również do ludzkich siedzib. Antybiotykooporne enterokoki u much i karaluchów żyjących w pobliżu farm znalazł entomolog z NCSU, doktor Coby Schal. U karaluchów i much żyjących w miastach na razie nie stwierdzono obecności bakterii Enterococcus posiadającej geny odporności na antybiotyki.

Dziurawe może być lepsze - tak można podsumować nową technologię produkcji świecących diod, opracowaną przez akademickich inżynierów. Dzięki niej popularne LEDy mogą się stać nawet dwa razy wydajniejsze. Produkowane diody oparte są o cienkie błony z azotku galu (GaN), które są odpowiedzialne za powstawanie światła. Ich jasność jednak mocno zależy od doskonałości krystalicznej struktury azotku galu, nieuniknione defekty (czyli przesunięcia) sieci krystalicznej powodują znaczący spadek jasności. Dlatego w wielu laboratoriach toczą się badania nad produkcją doskonalszych kryształów. Salah Bedair i Nadia El-Masry z North Carolina State University uporali się z nimi w prostszy sposób. W błonie z GaN o grubości dwóch mikrometrów umieścili duże (w tej skali) puste przestrzenie o długości dwóch mikrometrów i średnicy ćwierć mikrometra. Wypełniały one połowę grubości błony. Defekty sieci krystalicznej wędrują zawsze do góry, aż do powierzchni błony, rzutując na jej sprawność. Jednak w tak przygotowanej błonie defekty zatrzymywały się w warstwie pustych przestrzeni, które działały jak pułapki. Dzięki temu do powierzchni docierało znacznie mniej defektów. W ten sposób ilość defektów na centymetrze kwadratowym błony spadła ze (średnio) 1010 do 107. Wprowadzenie pomysłu do masowego zastosowania będzie wymagało dodatkowego kroku technologicznego, ale pozwoli na zmniejszenie ilości defektów o dwa do trzech rzędów wielkości, co przełoży się nawet na dwukrotnie większą jasność przy tym samym poborze prądu - zwłaszcza w przypadku diod niskonapięciowych i świecących w ultrafiolecie.

Doktor Jay Narayan z North Carolina State University opracował układ scalony, który może przechować olbrzymie ilości danych. Dzięki zastosowaniu nanokropek możliwe będzie zrewolucjonizowanie kości pamięci. Stworzyliśmy magnetyczne nanokropki, w których można przechować po 1 bicie danych. Umożliwia to zapisanie w kości o powierzchni 1 cala kwadratowego danych mieszczących się na miliardzie stron druku - stwierdził Narayan. Przełom był możliwy dzięki stworzeni pojedynczych wolnych od zanieczyszczeń kryształów, które działały jak magnetyczne czujniki, i umieszczeniu ich bezpośrednio na krzemie. Średnica każdego z kryształów wynosi zaledwie 6 nanometrów, a uczonym z NCSU udało się opracować technikę pozwalającą na ich bardzo precyzyjne rozmieszczenie i zorientowanie w tym samym kierunku. To z kolei pozwala na wiarygodny zapis i odczyt danych. Same chipy są tanie w produkcji. Kolejnym wyzwaniem stojącym przed uczonymi będzie stworzenie odpowiedniej obudowy oraz mechanizmu odczytywania i zapisywania danych - mówi się tutaj o laserze - które pozwolą na skomercjalizowanie produktu.

Na North Carolina State University powstało oprogramowanie, dzięki któremu samochód jest w stanie bez pomocy człowieka utrzymać się na swoim pasie ruchu. Technologia ta może zwiększyć bezpieczeństwo na drogach i przyczyni się do powstania wojskowych technik ratujących życie. Rozwijamy programy, które pozwalają komputerowi rozumieć to, co widzi - niezależnie od tego, czy jest to znak stopu czy pieszy. Ten konkretny program przeznaczony jest do utrzymywania samochodu w jego pasie ruchu na autostradzie - mówi profesor Wesley Snyder. Istnieją już co prawda systemy, które potrafią odnaleźć linie, ale nasz radzi sobie z wieloma liniami i jest w stanie utrzymać się w pasie ruchu - dodaje. Oprogramowanie, stworzone przez jego zespół, potrafi odnaleźć linie, śledzić ich zmiany w czasie gdy samochód się porusza oraz decyduje o właściwym pasie ruchu. Badania te mają wiele potencjalnych zastosowań, takich jak np. rozwój aplikacji militarnych przydatnych w wywiadzie, rozpoznaniu czy transporcie materiałów. Ta technologia umożliwi też powstanie nowych systemów bezpieczeństwa, która pozwoli samochodowi pozostać na jego pasie, unikać korków czy odpowiednio reagować na zagrożenie - na przykład gdy kierowca zaśnie, będzie miał atak serca czy zasłabnie. Pozwoli to nie tylko ochronić jego i jego samochód, ale także innych uczestników ruchu - mówi Snyder.

Wraz z rozwojem technologii i rosnącą popularnością przenośnych urządzeń bezprzewodowych, specjaliści poszukują nowych sposobów produkcji anten. Chcą, by były one jak najmniejsze i przy tym elastyczne. Jednak problem w tym, że metalowe anteny, gdy je będziemy zginali, wcześniej czy później ulegną uszkodzeniu. Sposobem na rozwiązanie tego problemu okazuje się budowa... anten w płynie. Nad tego typu urządzeniami pracują Michael Dickey z North Carolina State University i Gianluca Lazzi z University of Utah. Użyli oni wysoce elastycznego polimeru zawierającego wewnątrz mikrokanaliki, w których znajduje się płynna metaliczna antena. Głównym składnikiem naszej anteny jest gal, gdyż to on właśnie utlenia i tworzy powłokę, która utrzymuje stabilność metalu wewnątrz mikrokanalików. Później, dzięki dodaniu doń indu powodujemy, że metal staje się ciekły w temperaturze pokojowej - mówi profesor Dickey. Co prawda gal oraz ind są drogimi metalami, jednak potrzeba ich tak mało, że płynna antena dla urządzenia przenośnego kosztowałaby zaledwie kilka centów. Podczas przeprowadzonych testów nowa antena była zginana we wszystkie strony, rolowana, rozciągana, zgniatana i ciągle zachowywała swoje właściwości. Próby pracy w zakresie od 1910 do 1990 MHz wykazały, że sprawność nowej anteny jest taka sama jak podobnego urządzenia wykonanego z miedzi. Urządzenie może mieć różną wielkość, dzięki czemu jest bardzo czułe i wychwyci nawet niezwykle słabe sygnały. Można je wbudowywać w ściany budynków czy w mosty, co pozwoli na łatwe zbieranie informacji o ich stanie. Anteny przydadzą się też żołnierzom, którzy będą mogli zabrać do plecaka urządzenia o powierzchni liczonej w metrach kwadratowych.

Xuxian Jiang i Peng Ning z North Carolina State University (NCSU) we współpracy z Windongiem Cui z Microsoft Research opracowali metodę skuteczniejszej ochrony jąder systemów operacyjnych przed rootkitami. Wiele rootkitów ukrywa się przed użytkownikiem przejmując kontrolę nad hookami w jądrze systemu. Istotną sprawą jest ochrona hooków przed takim działaniem, jednak problem w tym, że w jądrze systemu mogą ich być tysiące, a ponadto wiele z nich jest dynamicznie alokowanych. Specjaliści opracowali system nazwany HookSafe, który wykorzystuje hyperwizora do zarządzania hookami. Umożliwia on przeniesienie hooków do określonego obszaru pamięci i regulowanie dostępu do nich z poziomu sprzętowego. Prototyp HookSafe jest w stanie chronić ponad 5900 hooków w jądrze Linuksa. Testy na dziewięciu rootkitach wykazały, że system był w stanie ochronić jądro przed wszystkimi. Taki poziom ochrony uzyskano kosztem 6-procentowego spadku wydajności systemu.