Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Układy łatwiejsze w produkcji
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Współpraca naukowców z Princeton University i University of Washington zaowocowała powstaniem aparatu fotograficznego wielkości kryształu soli. Miniaturowe aparaty powstawały już wcześniej, jednak rejestrowały rozmyte obrazy o ograniczonym polu widzenia. Amerykanie poradzili sobie z tymi problemami i zapewniają, że ich aparat jest w stanie rejestrować pełnokolorowe obrazy o takiej jakości, jaką rejestrują standardowe aparaty o 500 tysięcy razy większych obiektywach.
Nowe urządzenie może zostać wykorzystane do minimalnie inwazyjnej endoskopii czy jako systemy wizualne dla miniaturowych robotów. A tysiące takich aparatów umieszczonych na dużej powierzchni pozwoli na zmienienie jej w wielki aparat fotograficzny.
W tradycyjnych aparatach fotograficznych stosuje się odpowiednio wyprofilowane szklane lub plastikowe soczewki skupiające światło. Miniaturowy aparat korzysta zaś z metapowierzchni. Ma ona wymiary zaledwie 0,5 x 0,5 milimetra ale zmieszczono na niej 1,6 miliona cylindrycznych słupków. Każdy z nich ma unikatową geometrię i działa jak antena optyczna. Dzięki indywidualnemu dobraniu kształtu każdego ze słupków możliwe było odpowiednie skorygowanie powierzchni falowej docierającego doń światła. Słupki zaprojektowano tak, by ich interakcja ze światłem skutkowała najostrzejszym obrazem o największym polu widzenia wśród wszystkich w pełni kolorowych aparatów fotograficznych wykorzystujących metapowierzchnie.
Głównym osiągnięciem naukowców z Princeton i Seattle jest zintegrowanie projektu powierzchni optycznej i algorytmu przetwarzania sygnałów. To znakomicie zwiększyło możliwości aparatu w naturalnym świetle. Wcześniej, by w aparatach wykorzystujących metapowierzchnie uzyskać wysokiej jakości obraz, konieczne było zastosowanie lasera lub stworzenie w laboratorium innych idealnych warunków.
Naukowcy porównali swój aparat z innymi wykorzystującymi metapowierzchnie oraz z tradycyjnymi aparatami. Nie licząc nieco rozmytego obrazu na krawędziach, jakość zdjęć z ich miniaturowego aparatu jest porównywalna z jakością zdjęć z aparatu o obiektywie o 500 000 razy większej objętości. Udało się też uniknąć najpoważniejszych problemów trapiących dotychczas miniaturowe aparaty korzystające z metapowierzchni: małego pola widzenia, ograniczonych możliwości rejestracji pełnego spektrum światła widzialnego czy dużych deformacji obrazu.
Olbrzymim osiągnięciem jest odpowiednia współpraca setek tysięcy nanoanten z algorytmem przetwarzającym obraz. Dotychczas nie wiedziano, jak to zrobić. Ze względu na wielką liczbę nanoanten, ich różną konfigurację i złożone interakcje pomiędzy nimi a światłem, opracowanie odpowiedniego algorytmu wymagało długiego czasu i olbrzymich zasobów pamięci. Współautor badań, Shane Colburn, poradził sobie z tym problemem tworząc efektywne przybliżenie interakcji pomiędzy światłem a metapowierzchnią.
Autorem samej metapowierzchni jest zaś James Whitehead, który stworzył ją na bazie azotku krzemu. To materiał kompatybilny ze współczesnymi technologiami stosowanymi w przemyśle półprzewodnikowych, co oznacza, że można go będzie masowo produkować i będzie tańszy niż tradycyjne soczewki.
Zaprezentowane tutaj podejście nie jest niczym nowym, jednak jest to pierwszy system, w którym połączono metapowierzchnię i oparty na sieciach neuronowych system przetwarzania informacji. Najważniejszym osiągnięciem jest tutaj osiągnięcie kompatybilności pomiędzy rozmiarami, kształtem i lokalizacją milionów punktów na metapowierzchni, a parametrami używanymi przez algorytmy przetwarzające dane i uzyskanie dzięki temu obrazu o wymaganej jakości, chwali autorów badań Joseph Mait, były główny naukowiec w U.S. Army Research Laboratory.
Obecnie uczeni z Princeton i Seattle pracują nad wyposażeniem swojego aparatu w większe możliwości obliczeniowe. Chcą w ten sposób nie tylko poprawić jakość obrazu, ale również wyposażyć go w możliwość wykrywania obiektów oraz inne cechy przydatne w obrazowaniu medycznym i robotyce.
Takie ultrakompaktowe aparaty pozwolą też na zamianę powierzchni w duże aparaty. Cały tył smartfona mógłby być jednym dużym aparatem fotograficzym. Już teraz możemy zacząć myśleć o zupełnie nowej architekturze urządzeń przyszłości, mówi Felix Heide z Princeton University.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Świat ma coraz większy problem z plastikowymi odpadami. By mu zaradzić chemicy z Cornell University opracowali nowy polimer o właściwościach wymaganych w rybołówstwie, który ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, dowiadujemy się z artykułu opublikowanego na łamach Journal of the American Chemical Society.
Stworzyliśmy plastik o właściwościach mechanicznych wymaganych w komercyjnym rybołówstwie. Jeśli wyposażenie to zostanie zgubione w wodzie, ulegnie degradacji w realistycznej skali czasowej. Taki materiał może zmniejszyć akumulowanie się plastiku w środowisku, mówi główny badacz, Bryce Lipinski, doktorant z laboratorium profesora Geoffa Coatesa. Uczony przypomina, że zgubione wyposażenie kutrów rybackich stanowi aż połowę plastikowych odpadów pływających w oceanach. Sieci i liny rybackie są wykonane z trzech głównych rodzajów polimerów: izotaktycznego polipropylenu, polietylenu o wysokiej gęstości oraz nylonu-6,6. Żaden z nich nie ulega łatwej degradacji.
Profesor Coates od 15 lat pracuje na nowym rodzajem plastiku o nazwie izotaktyczny tlenek polipropylenu (iPPO). Podwaliny pod stworzenie tego materiału położono już w 1949 roku, jednak zanim nie zajął się nim Coates niewiele było wiadomo o jego wytrzymałości i właściwościach dotyczących fotodegradacji.
Lipinski zauważył, że iPPO jest zwykle stabilny, jednak ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. W laboratorium widać skutki tej degradacji, jednak są one niewidoczne gołym okiem. Tempo rozpadu tworzywa zależy od intensywności promieniowania. W warunkach laboratoryjnych łańcuch polimerowy uległ skróceniu o 25% po 30-dniowej ekspozycji na UV. Ostatecznym celem naukowców jest stworzenie plastiku, który będzie rozpadał się całkowicie i nie pozostawi w środowisku żadnych śladów. Lipinski mówi, że w literaturze fachowej można znaleźć informacje o biodegradacji krótkich łańcuchów iPPO. Uczony ma jednak zamiar udowodnić, że całkowitemu rozpadowi będą ulegały tak duże przedmioty jak sieci rybackie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego opracowali metodę syntezy, która umożliwia produkcję czystego chemicznie polikaprolaktonu (PCL-u). Jest to polimer ulegający naturalnemu rozkładowi w okresie około dwóch lat. Wykazuje on zgodność tkankową, co oznacza, że może być stosowany w przemyśle farmaceutycznym i medycznym. Dodatkowo polimer ten ma dobre właściwości przetwórcze, jest rozpuszczalny w wielu rozpuszczalnikach organicznych oraz może tworzyć mieszalne blendy polimerowe. Powyższe właściwości sprawiają że ma szerokie zastosowania wielkotonażowe, co przekłada się na zainteresowanie wielu ośrodków naukowych i przemysłowych.
PCL może być stosowany jako: nośnik w układach kontrolowanego uwalniania leków, podłoże do hodowli tkanek w inżynierii tkankowej bądź materiał wypełniający. Dzięki temu, że naturalnie rozkłada się w organizmie ludzkim, może być również wykorzystywany do produkcji wchłanialnych nici chirurgicznych czy implantów z pamięcią kształtu, takich jak klamry do łączenia złamań kości czy specjalne pręty stosowane do leczenia schorzeń kręgosłupa.
Zważywszy na interesujące właściwości, polimer ten znajduje także zastosowanie w przemyśle – jako dodatek do opakowań i folii biodegradowalnych, a w połączeniu ze skrobią może być używany do wyrobu tworzywa, z którego otrzymywane są jednorazowe talerzyki czy kubki.
Ze względu na wielkotonażową produkcję PCL-u i jego szerokie zastosowanie w medycynie, ważne jest usprawnianie procesu jego produkcji, najczęściej poprzez modyfikacje sposobu jego otrzymywania. Docelowo proces ten powinien być kontrolowany w taki sposób, aby producenci otrzymywali PCL o określonych, pożądanych właściwościach przy obniżonych wymaganiach technologicznych.
Jest to trudne zadanie przede wszystkim ze względu na potencjalne zastosowanie PCL-u w medycynie, gdzie wyprodukowane z niego narzędzia czy obiekty mają kontakt z tkanką ludzką, co wymusza ponadprzeciętną czystość wymaganą przez producentów. Ponadto produkcja tego polimeru powinna być przyjazna dla środowiska naturalnego.
Interesujące rozwiązanie zaproponowali naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego. Zmienili warunki, w których prowadzony jest proces polimeryzacji ε-kaprolaktonu (ε-CL), umożliwiając produkcję polimerów o niespotykanej czystości . Alternatywą okazało się zastosowanie wody jako inicjatora reakcji chemicznej oraz wysokiego ciśnienia jako jej katalizatora. Obecność wody pozwala kontrolować przebieg reakcji, natomiast przeprowadzenie jej w warunkach wysokiego ciśnienia umożliwia otrzymanie produktu o dużej czystości, oznaczającej m.in. brak zawartości jonów metali i zanieczyszczeń organicznych oraz nieorganicznych. Tak otrzymany PCL może być stosowany nie tylko w przemyśle, ale i w medycynie, m.in. do produkcji nici chirurgicznych, jako nośnik leków czy szkielet w inżynierii tkankowej.
Ponadto zaproponowany sposób ciśnieniowej polimeryzacji ε-kaprolaktonu pozwala na uproszczenie składu mieszaniny reakcyjnej, co skutkuje obniżeniem kosztów produkcji. Opisane rozwiązanie zostało objęte ochroną patentową.
Autorami wynalazku są pracownicy Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych: mgr inż. Andrzej Dzienia, dr inż. Paulina Maksym, dr hab. Magdalena Tarnacka, dr hab. Kamil Kamiński, prof. UŚ oraz prof. zw. dr hab. Marian Paluch.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Już w poprzedniej dekadzie interesowano się zastosowaniem interferencji RNA (wyciszania lub wyłączania ekspresji genu przez dwuniciowy RNA) w leczeniu nowotworów. Cały czas problemem pozostawało jednak dostarczanie RNA o sekwencji zbliżonej do wyłączanego wadliwego genu. Naukowcy z MIT-u zaproponowali ostatnio rozwiązanie - zbitki mikrogąbek z długich łańcuchów kwasu nukleinowego.
Skąd problem z dostarczaniem? Małe interferujące RNA (siRNA, od ang. small interfering RNA), które niszczą mRNA, są szybko rozkładane przez enzymy zwalczające wirusy RNA.
Paula Hammond i jej zespół wpadli na pomysł, by RNA pakować w tak gęste mikrosfery, że są one w stanie wytrzymać ataki enzymów aż do momentu dotarcia do celu. Nowy system wyłącza geny równie skutecznie jak wcześniejsze metody, ale przy znacznie zmniejszonej dawce cząstek. Podczas eksperymentów Amerykanie wyłączali za pomocą interferencji RNA gen odpowiadający za świecenie komórek nowotworowych u myszy. Udawało im się to za pomocą zaledwie 1/1000 cząstek potrzebnych przy innych metodach.
Jak tłumaczy Hammond, interferencję RNA można wykorzystać przy wszystkich chorobach związanych z nieprawidłowo funkcjonującymi genami, nie tylko w nowotworach.
Wcześniej siRNA wprowadzano do nanocząstek z lipidów i materiałów nieorganicznych, np. złota. Naukowcy odnosili większe i mniejsze sukcesy, ale nadal nie udawało się wypełnić sfer większą liczbą cząsteczek RNA, bo krótkich łańcuchów nie można ciasno "ubić". Ekipa prof. Hammond zdecydowała się więc na wykorzystanie jednej długiej nici, którą łatwo zmieścić w niewielkiej sferze. Długoniciowe cząsteczki RNA składały się z powtarzalnych sekwencji nukleotydów. Dodatkowo segmenty te pooddzielano krótkimi fragmentami, rozpoznawanymi przez enzym Dicer, który ma za zadanie ciąć RNA właśnie w tych miejscach.
Podczas syntezy RNA tworzy arkusze, które potem samorzutnie zwijają się w bardzo zbite gąbkopodobne sfery. W sferze o średnicy 2 mikronów mieści się do 500 tys. kopii tej samej sekwencji RNA. Potem sfery umieszcza się na dodatnio naładowanym polimerze, co prowadzi do dalszego ich ściskania. Średnica wynosi wtedy zaledwie 200 nanometrów, a to niewątpliwie ułatwia dostanie się do komórki. W komórce Dicer tnie długą nić na serię 21-nukleotydowych nici.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po dziesięciu latach pracy naukowcom z Princeton University udało się skonstruować system, który pozwala na kontrolowanie spinu elektronów w krzemie nawet przez 10 sekund. Wydłużenie czasu, w którym można kontrolować spin elektronów jest niezbędne do skonstruowania praktycznego komputera kwantowego. Dotychczas udawało się utrzymać spin elektronów przez ułamki sekund. Stany kwantowe są bardzo nietrwałe i pod wpływem czynników zewnętrznych dochodzi do ich utraty, czyli dekoherencji. Kwantowy bit, na którym mają pracować kwantowe komputery, traci swoje właściwości i staje się „zwykłym“ bitem, przyjmującym w danym momencie tylko jedną wartość, zamiast wcześniejszych wszystkich możliwych wartości.
Profesor Stephen Lyon i Alexei Tyryshkin, który są autorami najnowszego osiągnięcia, mówią, że kluczem do sukcesu było użycie niezwykle czystej próbki krzemu-28. Częściowo zawdzięczamy to udoskonaleniu metody pomiaru, ale większość zależy od materiału. To najczystsza próbka, jakiej dotychczas używaliśmy - mówi Lyon.
Naukowcy zamknęli kawałek krzemu-28 w stalowym cylindrze wypełnionym helem. Wewnątrz panowała temperatura 2 kelwinów. Cylinder znajdował się pomiędzy dwoma pierścieniami, które miały za zadanie kontrolować pole magnetyczne wokół próbki. Po potraktowaniu krzemu mikrofalami doszło do skoordynowania spinów około 100 miliardów elektronów. Zaszła zatem koherencja i została ona utrzymana przez niewiarygodnie długie 10 sekund. Jej utrzymanie jest niezwykle ważne dla komputerów kwantowych, gdyż działające na nich oprogramowanie będzie potrzebowało czasu np. na korekcję błędów czy i operacje na danych. Muszą być one zatem dostępne na tyle długo, by program zakończył pracę z nimi.
Stan kwantowy może zostać zniszczony przez naturalne pole magnetyczne materiałów. Dlatego też zdecydowano się na wykorzystanie krzemu-28, który, w przeciwieństwie do tradycyjnie używanego krzemu-25 ma niezwykle słabe pole magnetyczne.
Projekt rozpoczął się 10 lat temu. Steve przyszedł do mnie i powiedział, żebyśmy wykorzystali próbkę wolną od innych izotopów - wspomina Tyryshkin. Po trzech latach badań uczeni byli wstanie utrzymać koherencję przez 600 mikrosekund. Przez kolejne lata wypróbowywali różne materiały.
W końcu dzięki Avogadro Project, którego celem jest opracowanie nowej definicji kilograma, udało się uzyskać próbkę niezwykle czystego krzemu-28. Międzynarodowa współpraca dała niezwykłe wyniki. Zwykle w krzemie-28 znajduje się nawet 50000 części na milion krzemu-29, do tego dochodzą inne zanieczyszczenia, które mają silne pole magnetyczne. W oczyszczonym krzemie-28 liczba atomów krzemu-29 nie przekracza 50 na milion. Taka próbka była... zbyt czysta. Dodano do niej nieco fosforu, by była ona na tyle aktywna elektrycznie, żeby reagować na mikrofale. To właśnie ta reakcja, którą Lyon i Tyryshkin nazywają „echem“, gdyż są to mikrofale emitowane przez próbkę, pozwala na odczytanie spinu elektronów.
Bardzo trudne było znalezienie odpowiedniej liczby atomów fosforu. Ich zbyt duża liczba oznaczałaby powstanie w próbce zbyt silnego pola magnetycznnego. Z kolei za mało fosforu dałoby zbyt słabe „echo“, którego nie można by odczytać. Istotne było też znaczne obniżenie temperatury próbki, gdyż w temperaturze pokojowej elektrony fosforu są zbyt aktywne. „Uspokajają się“ dopiero w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu.
Warto w tym miejscu przypomnieć, że już wcześniej innym zespołom naukowym udało się kontrolować spin elektronów przez równie długi czas. Wykonano nawet pewne operacje matematyczne. Jednak do eksperymentów używano jonów zamkniętych w komorach próżniowych. Lyon i Tyryshkin skupili się na krzemie, gdyż uważają, że jest on znacznie bardziej praktyczny. Współczesna elektronika już wiele dekad temu zrezygnowała przecież z lamp elektronowych na rzecz krzemu.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.