Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Substytuty śluzu ślimaka
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Na MIT powstały ogniwa fotowoltaiczne cieńsze od ludzkiego włosa, które na kilogram własnej masy wytwarzają 18-krotnie więcej energii niż ogniwa ze szkła i krzemu. Jeśli uda się skalować tę technologię, może mieć do olbrzymi wpływ produkcję energii w wielu krajach. Jak zwraca uwagę profesor Vladimir Bulivić z MIT, w USA są setki tysięcy magazynów o olbrzymiej powierzchni dachów, jednak to lekkie konstrukcje, które nie wytrzymałyby obciążenia współczesnymi ogniwami. Jeśli będziemy mieli lekkie ogniwa, te dachy można by bardzo szybko wykorzystać do produkcji energii, mówi uczony. Jego zdaniem, pewnego dnia będzie można kupić ogniwa w rolce i rozwinąć je na dachu jak dywan.
Cienkimi ogniwami fotowoltaicznymi można by również pokrywać żagle jednostek pływających, namioty, skrzydła dronów. Będą one szczególnie przydatne w oddalonych od ludzkich siedzib terenach oraz podczas akcji ratunkowych.
To właśnie duża masa jest jedną z przyczyn ograniczających zastosowanie ogniw fotowoltaicznych. Obecnie istnieją cienkie ogniwa, ale muszą być one montowane na szkle. Dlatego wielu naukowców pracuje nad cienkimi, lekkimi i elastycznymi ogniwami, które można będzie nanosić na dowolną powierzchnię.
Naukowcy z MIT pokryli plastik warstwą parylenu. To izolujący polimer, chroniący przed wilgocią i korozją chemiczną. Na wierzchu za pomocą tuszów o różnym składzie nałożyli warstwy ogniw słonecznych i grubości 2-3 mikrometrów. W warstwie konwertującej światło w elektryczność wykorzystali organiczny półprzewodnik. Elektrody zbudowali ze srebrnych nanokabli i przewodzącego polimeru. Profesor Bulović mówi, że można by użyć perowskitów, które zapewniają większą wydajność ogniwa, ale ulegają degradacji pod wpływem wilgoci i tlenu. Następnie krawędzie tak przygotowanego ogniwa pomarowano klejem i nałożono na komercyjnie dostępną wytrzymałą tkaninę. Następnie plastik oderwano od tkaniny, a na tkaninie pozostały naniesione ogniwa. Całość waży 0,1 kg/m2, a gęstość mocy tak przygotowanego ogniwa wynosi 370 W/kg. Profesor Bulović zapewnia, że proces produkcji można z łatwością skalować.
Teraz naukowcy z MIT planują przeprowadzenie intensywnych testów oraz opracowanie warstwy ochronnej, która zapewni pracę ogniw przez lata. Zdaniem uczonego już w tej chwili takie ogniwo mogłoby pracować co najmniej 1 lub 2 lata. Po zastosowaniu warstwy ochronnej wytrzyma 5 do 10 lat.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naturalne jaskinie to ważne cele przyszłych misji NASA. Będą one miejscem poszukiwań dawnego oraz obecnego życia w kosmosie, a także staną się schronieniem dla ludzi, mówi Ali Agha z Team CoSTAR, który rozwija roboty wyspecjalizowane w eksploracji jaskiń. Jak wcześniej informowaliśmy, na Księżycu istnieją gigantyczne jaskinie, w których mogą powstać bazy.
Team CoSTAR, w skład którego wchodzą specjaliści z Jet Propulsion Laboratory i California Instute of Technology to jednym z zespołów, który przygotowuje się do wzięcia udziału w tegorocznych zawodach SubT Challenge organizowanych przez DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych).
CoSTAR wygrał ubiegłoroczną edycję SubT Urban Circuit, w ramach której roboty eksplorowały tunele stworzone przez człowieka. Teraz coś na coś trudniejszego i mniej przewidywalnego. Czas na naturalne jaskinie i tunele.
Specjaliści z CoSTAR i ich roboty pracują w jaskiniach w Lava Beds National Monument w północnej Kalifornii. Jaskiniowa edycja Subterranean Challenge jest dla nas szczególnie interesująca, gdyż lokalizacja taka bardzo dobrze pasuje do długoterminowych planów NASA. Chce ona eksplorować jaskinie na Księżycu i Marsie, w szczególności jaskinie lawowe, które powstały w wyniku przepływu lawy. Wiemy, że takie jaskinie istnieją na innych ciałach niebieskich. Kierowany przez Jen Blank zespół z NASA prowadził już testy w jaskiniach lawowych i wybrał Lava Beds National Monument jako świetny przykład jaskiń podobnych do tych z Marsa. Miejsce to stawia przed nami bardzo zróżnicowane wyzwania. Jest tam ponad 800 jaskiń, mówi Ben Morrell z CoSTAR.
Eksperci zwracają uwagę, że istnieje bardzo duża różnica w dostępności pomiędzy tunelami stworzonymi przez człowieka, a naturalnymi jaskiniami. Z jednej strony struktury zbudowane ludzką ręką są bardziej rozwinięte w linii pionowej, są wielopiętrowe, z wieloma poziomami, schodami, przypominają labirynt. Jaskinie natomiast charakteryzuje bardzo trudny teren, który stanowi poważne wyzwanie nawet dla ludzi. Są one trudniej dostępne, z ich eksploracją wiąże się większe ryzyko, są znacznie bardziej wymagające dla systemów unikania kolizji stosowanych w robotach.
Agha i Morrell mówią, że jaskinie lawowe ich zaskoczyły. Okazały się znacznie trudniejsze niż sądzili. Stromizny stanowią duże wyzwanie dla robotów. Powierzchnie tych jaskiń są niezwykle przyczepne. To akurat korzystne dla robotów wyposażonych w nogi, jednak roboty na kołach miały tam poważne problemy. Przed urządzeniami stoją tam zupełnie inne wyzwania. Zamiast rozpoznawania schodów i urządzeń, co było im potrzebne w tunelach budowanych przez człowieka, muszą radzić sobie np. z nagłymi spadkami czy obniżającym się terenem.
Miejskie tunele są dobrze rozplanowane, nachylone pod wygodnymi kątami, z odpowiednimi zakrętami, prostymi korytarzami i przejściami. Można się tam spodziewać równego podłoża, wiele rzeczy można z góry zaplanować. W przypadku jaskiń wielu rzeczy nie można przewidzieć.
Celem SubT Challenge oraz zespołu CoSTAR jest stworzenie w pełni autonomicznych robotów do eksploracji jaskiń. I cel ten jest coraz bliżej.
Byliśmy bardzo szczęśliwi, gdy podczas jednego z naszych testów robot Spot [Boston Dynamics – red.] w pełni autonomicznie przebył całą jaskinię. Pełna autonomia to cel, nad którym pracujemy zarówno na potrzeby NASA jak i zawodów, więc pokazanie, że to możliwe jest wielkim sukcesem, mówi Morrell. Innym wielkim sukcesem było bardzo łatwe przełożenie wirtualnego środowiska, takiego jak systemy planowania, systemy operacyjne i autonomiczne na rzeczywiste zachowanie się robota, dodaje. Jak jednak przyznaje, zanotowano również porażki. Roboty wyposażone w koła miały problemy w jaskiniach lawowych. Dochodziło do zużycia podzespołów oraz poważnych awarii sprzętu. Ze względu na epidemię trudno było sobie z nimi poradzić w miejscu testów, stwierdza ekspert.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Fizycy z MIT opracowali kwantowy „ściskacz światła”, który redukuje szum kwantowy w laserach o 15%. To pierwszy taki system, który pracuje w temperaturze pokojowej. Dzięki temu możliwe będzie wyprodukowanie niewielkich przenośnych systemów, które będzie można dobudowywać do zestawów eksperymentalnych i przeprowadzać niezwykle precyzyjne pomiary laserowe tam, gdzie szum kwantowy jest obecnie poważnym ograniczeniem.
Sercem nowego urządzenia jest niewielka wnęka optyczna znajdująca się w komorze próżniowej. We wnęce umieszczono dwa lustra, z których średnia jednego jest mniejsza niż średnica ludzkiego włosa. Większe lustro jest zamontowane na sztywno, mniejsze zaś znajduje się na ruchomym wsporniku przypominającym sprężynę. I to właśnie kształt i budowa tego drugiego, nanomechanicznego, lustra jest kluczem do pracy całości w temperaturze pokojowej. Wpadające do wnęki światło lasera odbija się pomiędzy lustrami. Powoduje ono, że mniejsze z luster, to na wsporniku zaczyna poruszać się w przód i w tył. Dzięki temu naukowcy mogą odpowiednio dobrać właściwości kwantowe promienia wychodzącego z wnęki.
Światło lasera opuszczające wnękę zostaje ściśnięte, co pozwala na dokonywanie bardziej precyzyjnych pomiarów, które mogą przydać się w obliczeniach kwantowych, kryptologii czy przy wykrywaniu fal grawitacyjnych.
Najważniejszą cechą tego systemu jest to, że działa on w temperaturze pokojowej, a mimo to wciąż pozwala na dobieranie parametrów z dziedziny mechaniki kwantowej. To całkowicie zmienia reguły gry, gdyż teraz będzie można wykorzystać taki system nie tylko w naszym laboratorium, które posiada wielkie systemy kriogeniczne, ale w laboratoriach na całym świecie, mówi profesor Nergis Mavalvala, dyrektor wydziału fizyki w MIT.
Lasery emitują uporządkowany strumień fotonów. Jednak w tym uporządkowaniu fotony mają pewną swobodę. Przez to pojawiają się kwantowe fluktuacje, tworzące niepożądany szum. Na przykład liczba fotonów, które w danym momencie docierają do celu, nie jest stała, a zmienia się wokół pewnej średniej w sposób, który jest trudny do przewidzenia. Również czas dotarcia konkretnych fotonów do celu nie jest stały.
Obie te wartości, liczba fotonów i czas ich dotarcia do celu, decydują o tym, na ile precyzyjne są pomiary dokonywane za pomocą lasera. A z zasady nieoznaczoności Heisenberga wynika, że nie jest możliwe jednoczesne zmierzenie pozycji (czasu) i pędu (liczby) fotonów.
Naukowcy próbują radzić sobie z tym problemem poprzez tzw. kwantowe ściskanie. To teoretyczne założenie, że niepewność we właściwościach kwantowych lasera można przedstawić za pomocą teoretycznego okręgu. Idealny okrąg reprezentuje równą niepewność w stosunku do obu właściwości (czasu i liczby fotonów). Elipsa, czyli okrąg ściśnięty, oznacza, że dla jednej z właściwości niepewność jest mniejsza, dla drugiej większa.
Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy realizują kwantowe ściskanie są systemy optomechaniczne, które wykorzystują lustra poruszające się pod wpływem światła lasera. Odpowiednio dobierając właściwości takich systemów naukowcy są w stanie ustanowić korelację pomiędzy obiema właściwościami kwantowymi, a co za tym idzie, zmniejszyć niepewność pomiaru i zredukować szum kwantowy.
Dotychczas optomechaniczne ściskanie wymagało wielkich instalacji i warunków kriogenicznych. Działo się tak, gdyż w temperaturze pokojowej energia termiczna otaczająca system mogła mieć wpływ na jego działanie i wprowadzała szum termiczny, który był silniejszy od szumu kwantowego, jaki próbowano redukować. Dlatego też takie systemy pracowały w temperaturze zaledwie 10 kelwinów (-263,15 stopni Celsjusza). Tam gdzie potrzebna jest kriogenika, nie ma mowy o niewielkim przenośnym systemie. Jeśli bowiem urządzenie może pracować tylko w wielkiej zamrażarce, to nie możesz go z niej wyjąć i uruchomić poza nią, wyjaśnia Mavalvala.
Dlatego też zespół z MIT pracujący pod kierunkiem Nancy Aggarval, postanowił zbudować system optomechaczniczny z ruchomym lustrem wykonanym z materiałów, które absorbują minimalne ilości energii cieplnej po to, by nie trzeba było takiego systemu chłodzić. Uczeni stworzyli bardzo małe lustro o średnicy 70 mikrometrów. Zbudowano je z naprzemiennie ułożonych warstw arsenku galu i arsenku galowo-aluminowego. Oba te materiały mają wysoce uporządkowaną strukturę atomową, która zapobiega utratom ciepła. Materiały nieuporządkowane łatwo tracą energię, gdyż w ich strukturze znajduje się wiele miejsc, gdzie elektrony mogą się odbijać i zderzać. W bardziej uporządkowanych materiałach jest mniej takich miejsc, wyjaśnia Aggarwal.
Wspomniane wielowarstwowe lustro zawieszono na wsporniku o długości 55 mikrometrów. Całości nadano taki kształt, by absorbowała jak najmniej energii termicznej. System przetestowano na Louisiana State University. Dzięki niemu naukowcy byli w stanie określić kwantowe fluktuacje liczby fotonów względem czasu ich przybycia do lustra. Pozwoliło im to na zredukowanie szumu o 15% i uzyskanie bardziej precyzyjnego „ściśniętego” promienia.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Badacze z Rutgers University stworzyli kierowanego USG robota do pobierania krwi, który radził sobie z tym zadaniem tak samo dobrze, a nawet lepiej niż ludzie. Odsetek skutecznych procedur wyliczony dla 31 pacjentów wynosił 87%. Dla 25 osób z łatwo dostępnymi żyłami współczynnik powodzenia sięgał zaś aż 97%.
W urządzeniu znajduje się analizator hematologiczny z wbudowaną wirówką. Może ono być wykorzystywane przy łóżkach pacjentów, a także w karetkach czy gabinetach lekarskich.
Wenopunkcja, czyli nakłuwanie żyły, by wprowadzić igłę bądź cewnik, to częsta procedura medyczna. W samych Stanach rocznie przeprowadza się ją ponad 1,4 mld razy. Wcześniejsze badania wykazały, że nie udaje się to u 27% pacjentów z niewidocznymi żyłami, 40% osób bez żył wyczuwalnych palpacyjnie i u 60% wyniszczonych chorych.
Powtarzające się niepowodzenia związane z wkłuciem pod kroplówkę zwiększają ryzyko zakażeń czy zakrzepicy. Czas poświęcany na przeprowadzenie procedury się wydłuża, rosną koszty i liczba zaangażowanych w to osób.
Takie urządzenie jak nasze może pomóc pracownikom służby zdrowia szybko, skutecznie i bezpiecznie pozyskać próbki, zapobiegając w ten sposób niepotrzebnym komplikacjom i bólowi towarzyszącemu kolejnym próbom wprowadzenia igły - podkreśla doktorant Josh Leipheimer.
W przyszłości urządzenie może być wykorzystywane w takich procedurach, jak cewnikowanie dożylne, dializowanie czy wprowadzanie kaniuli tętniczej.
Kolejnym etapem prac ma być udoskonalenie urządzenia, tak by zwiększyć odsetek udanych procedur u pacjentów z trudno dostępnymi żyłami. Jak podkreślają Amerykanie, dane uzyskane w czasie tego studium zostaną wykorzystane do usprawnienia sztucznej inteligencji w robocie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Robot z piórami gołębia to najnowsze dzieło naukowców z Uniwersytetu Stanforda. Korzysta ono z dodatkowego elementu, ułatwiającego ptakom latanie – możliwości manipulowania rozstawem piór i kształtem skrzydeł.
David Lentink ze Stanforda przyglądał się sposobowi pracy skrzydeł, poruszając skrzydłami martwego gołębia. Zauważył, że najważniejszy dla zmiany kształtu skrzydeł są kąty poruszania się dwóch stawów: palca i nadgarstka. To dzięki ich zmianie sztywne pióra zmieniają kształt tak, że zmienia się cały układ skrzydeł, co znakomicie pomaga w kontroli lotu.
Korzystając z tych doświadczeń Lentink wraz z zespołem zbudowali robota, którego wyposażyli w prawdziwe pióra gołębia.
Robot to urządzenie badawcze. Dzięki niemu naukowcy z USA mogą prowadzić eksperymenty bez udziału zwierząt. Zresztą wielu testów i tak nie udało by się przeprowadzić wykorzystując zwierzęta. Na przykład uczeni zastanawiali się, czy gołąb może skręcać poruszając palcem tylko przy jednym skrzydle.
Problem w tym, że nie wiem, jak wytresować ptaka, by poruszył tylko jednym palcem, a jestem bardzo dobry w tresurze ptaków, mówi Lentink, inżynier i biolog z Uniwersytetu Stanforda. Robotyczne skrzydła rozwiązują ten problem. Testy wykazały, że zgięcie tylko jednego z palców pozwala robotowi na wykonanie zakrętu, a to wskazuje, że ptaki również mogą tak robić.
Uczeni przeprowadzili też próby chcąc się dowiedzieć, jak ptaki zapobiegają powstaniu zbyt dużych przerw pomiędzy rozłożonymi piórami. Pocierając jedno pióro o drugie zauważyli, że początkowo łatwo się one z siebie ześlizgują, by później się sczepić. Badania mikroskopowe wykazały, że na krawędziach piór znajdują się niewielkie haczyki zapobiegające ich zbytniemu rozłożeniu. Gdy pióra znowu się do siebie zbliżają, haczyki rozczepiają się. W tym tkwi ich tajemnica. Mają kierunkowe rzepy, które utrzymują pióra razem, mówi Lentink.
Uczeni, aby potwierdzić swoje spostrzeżenia, odwrócili pióra i tak skonstruowane skrzydło umieścili w tunelu aerodynamicznym. Pęd powietrza utworzył takie przerwy między piórami, że wydajność skrzydła znacznie spadła.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.