Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Jedwabny dysk twardy będzie można wszczepić do organizmu?

Recommended Posts

Badacze z USA i Chin stworzyli dysk twardy wykorzystujący białka jedwabiu. Urządzenie może przechowywać do 64 GB danych na cal kwadratowy i jest odporne na zmiany temperatury, wilgotność, promieniowanie gamma i silne pola magnetyczne. Nie może ono konkurować prędkością pracy czy gęstością zapisu z tradycyjnymi dyskami twardymi, jednak dzięki swoim unikatowym właściwościom może znaleźć zastosowanie w elektronice wszczepianej do wnętrza ciała.

Zespół naukowy prowadzony przez Tigera Tao z Chińskiej Akademii Nauk w Szanghaju, Mengkuna Liu z nowojorskiego Stony Brook University oraz Wei Li z University of Texas stworzył specjalny wariant techniki wykorzystującej skaningowy mikroskop pola bliskiego (SNOM), dzięki któremu możliwe stało się zapisanie informacji na warstwie protein jedwabiu.

Do produkcji dysków posłużył naturalny jedwab, którego wodny roztwór nałożono cienką warstwą na podłoże z krzemu lub złota. Następnie za pomocą SNOM i lasera na jedwabiu zapisano dane, wykorzystując w tym celu wywołane laserem zmiany topologiczne i/lub zmiany fazy jedwabiu. Metoda pozwala na wielokrotne usuwanie i zapisywanie danych.

Jak mówi Mengkun Liu, technika taka ma wiele zalet. Cienką warstwę jedwabiu można z łatwością nakładać na różne podłoża, w tym na podłoża miękkie oraz o zagiętych kształtach. Dane zapisane na jedwabiu można odczytywać na dwa różne sposoby. Jeden z nich wykorzystuje topografię zapisanego materiału, traktując wzniesienia jako „1”, a brak wzniesień jako „0”. Druga, bardziej innowacyjne metoda, to wykorzystanie lasera do odczytu. Jest to jednak zmodyfikowana technika laserowa. Dzięki zmianie mocy lasera można bowiem uzyskać całą skalę szarości z danego punktu danych, co oznacza,że można w nim zapisać więcej informacji niż binarne „0” i „1”.

Nie mniej ważną cechą jest fakt, że jedwab, jako materiał organiczny, dobrze łączy się z wieloma systemami biologicznymi, w tym z biomarkerami we krwi. Zatem informacje z tych biomarkerów mogą być zakodowane i przechowywane w bazującym na jedwabiu dysku twardym. Liu już zapowiada, że w najbliższej przyszłości rozpoczną się prace nad zaimplementowaniem nowego dysku w żywym organizmie.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się zrekonstruować w laboratorium falową naturę elektronu, jego funkcję falową Blocha. Dokonali tego naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB), a ich praca może znaleźć zastosowanie w projektowaniu kolejnych generacji urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.
      Elektrony zachowują się jednocześnie jak cząstki oraz jak fala. Ich falowa natura opisywane jest przez naukowców za pomocą obiektów matematycznych zwanych funkcjami falowymi. Funkcje te zawierają zarówno składowe rzeczywiste, jak i urojone. Z tego też powodu funkcji falowej Blocha elektronu nie można bezpośrednio zmierzyć. Można jednak obserwować powiązane z nią właściwości. Fizycy od dawna próbują zrozumieć, w jaki sposób falowa natura elektronów poruszających się przez sieć krystaliczną atomów, nadaje tej sieci właściwości elektroniczne i optyczne. Zrozumienie tego zjawiska pozwoli nam projektowanie urządzeń lepiej wykorzystujących falową naturę elektronu.
      Naukowcy z Santa Barbara wykorzystali silny laser na swobodnych elektronach, który posłuży im do uzyskanie oscylującego pola elektrycznego w półprzewodniku, arsenu galu. Jednocześnie za pomocą lasera podczerwonego o niskiej częstotliwości wzbudzali jego elektrony. Wzbudzone elektrony pozostawiały po sobie „dziury” o ładunku dodatnim. Jak wyjaśnia Mark Sherwin, w arsenku galu dziury te występują w dwóch odmianach – lekkiej i ciężkiej – i zachowują się jak cząstki o różnych masach.
      Para elektron-dziura tworzy kwazicząstkę zwaną ekscytonem. Fizycy z UCSB odkryli, że jeśli utworzy się elektrony i dziury w odpowiednim momencie oscylacji pola elektrycznego, to oba elementy składowe ekscytonów najpierw oddalają się od siebie, następnie zwalniają, zatrzymują się, zaczynają przyspieszać w swoim kierunku, dochodzi do ich zderzenia i rekombinacji. W czasie rekombinacji emitują impuls światła – zwany wstęgą boczną – o charakterystycznej energii. Emisja ta zawiera informacje o funkcji falowej elektronów, w tym o ich fazach.
      Jako, że światło i ciężkie dziury przyspieszają w różnym tempie w polu elektrycznym ich funkcje falowe Blocha mają różne fazy przed rekombinacją z elektronami. Dzięki tej różnicy fazy dochodzi do interferencji ich funkcji falowych i emisji, którą można mierzyć. Interferencja ta determinuje też polaryzację wstęgi bocznej. Może ona być kołowa lub eliptyczna.
      Autorzy eksperymentu zapewniają, że sam prosty stosunek pomiędzy interferencją a polaryzacją, który można zmierzyć, jest wystarczającym warunkiem łączącym teorię mechaniki kwantowej ze zjawiskami zachodzącymi w rzeczywistości. Ten jeden parametr w pełni opisuje funkcję falową Blocha dziury uzyskanej w arsenku galu. Uzyskujemy tę wartość mierząc polaryzację wstęgi bocznej, a następnie rekonstruując funkcję falową, która może się różnić w zależności od kąta propagacji dziury w krysztale, dodaje Seamus O'Hara.
      Do czego takie badania mogą się przydać? Dotychczas naukowcy musieli polegać na teoriach zawierających wiele słabo poznanych elementów. Skoro teraz możemy dokładnie zrekonstruować funkcję falową Blocha dla różnych materiałów, możemy to wykorzystać przy projektowaniu i budowie laserów, czujników i niektórych elementów komputerów kwantowych, wyjaśniają naukowcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Anna Tomańska, studentka Wydziału Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (UPWr), bada komunikację pszczół. Chce sprawdzić, jakie dźwięki wydają, gdy są zadowolone, zaniepokojone czy chore. Interesuje się też wykorzystaniem nowoczesnych urządzeń w hodowli tych owadów. Jej wnioski mogą być bardzo przydatne dla pszczelarzy.
      Tomańska interesuje się pszczelarstwem od 2 lat. Sporo zawdzięcza w tym zakresie opiekunowi projektu, prof. UPWr, dr. hab. Pawłowi Chorbińskiemu. Pan profesor to autorytet w dziedzinie pszczelarstwa i potrafi skutecznie zarażać swoją pasją – podkreśla studentka.
      Już wcześniej interesowałam się bioakustyką. Wspólnie z inżynierem dźwięku i producentem radiowym z Wielkiej Brytanii Philipem Millem napisaliśmy artykuł o nagrywaniu dźwięków przyrody i technologiach. To wtedy, w naszych rozmowach, po raz pierwszy pojawił się temat pszczół. Pomyślałam, że dźwięki z wnętrza ula mogą być nie tylko fascynujące, ale niezwykle ciekawe pod kątem testowania nowoczesnych urządzeń w hodowli tych owadów.
      Gdy o pomyśle dowiedział się prof. Chorbiński, namówił Tomańską, by zgłosiła się do programu stypendialnego "Magistrant wdrożeniowy na UPWr".
      Studentka wykorzystała drewniane ule wielkopolskie. Wygłuszyła je za pomocą pianki akustycznej, a następnie zainstalowała elektronikę (czujniki ciepła i wilgotności). Ule znajdują się w powstającej właśnie nowoczesnej pasiece w Górach Sowich.
      Tomańska przez kilka miesięcy nagrywała dźwięki z ula, a także rejestrowała zmiany temperatury i wilgotności.
      Pszczoły nie tylko bzyczą, w ulu słychać też np. ich tupanie oraz komunikację. Ta ostatnia jest fascynująca, dlatego chcemy sprawdzić, czym będzie różnić się, kiedy np. w ulu będzie matka z mniejszą/większą liczbą robotnic, sama matka albo dwie matki. Chcemy wyselekcjonować dźwięki, jakie wydają spokojne pszczoły, od tych, które słychać, gdy są zaniepokojone - tłumaczy studentka. Podobnie z temperaturą: w jakich sytuacjach spada, a kiedy rośnie. Analiza i wnioski z tych badań z pewnością pomogą pszczelarzom. Będą mogli na odległość, za pomocą elektroniki, zapobiegać niebezpiecznym sytuacjom w pasiece - dodaje.
      Kilkunastominutowego audioeseju o pszczołach miodnych, który powstał w ramach projektu "Magistrant wdrożeniowy", można wysłuchać dzięki Radiu Warroza.
       

      Owocem współpracy Tomańskiej i Milla jest ebook "Bioakustyka". Jak podkreślono w opisie książki, jest to krótki przewodnik, który pomoże Ci postawić pierwsze kroki w nagrywaniu przyrody. W listopadzie zeszłego roku w paśmie gościnnym Radia Kapitał zadebiutowała też ich audycja o Borach Tucholskich.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) odkryli sposób na szybsze przełączanie stanu antyferromagnetyków. Opracowana przez nich technologia zakłada wzbogacenie materiału antyferromagnetycznego o dodatkowe elektrony. Takie materiały posłużą do budowy szybciej działających nośników danych o większej gęstości i lepszej stabilności.
      Dyski twarde przechowują dane wykorzystując impulsy magnetyczne do zmiany spinu elektronów w materiałach ferromagnetycznych. Te różne stany spinów reprezentują 0 i 1. Impulsy magnetyczne potrzebne do przeprowadzenia takiej zmiany wymagają jednak stosunkowo silnego prądu, przez co całość jest energochłonna. Ponadto całkowita zmiana spinu to proces dość powolny, trwający dziesiątki nanosekund.
      Antyferromagnetyki to obiecujące materiały dla przyszłych nośników danych o dużej gęstości. Stany ich spinów można zmieniać znacznie szybciej. Jest to możliwe dzięki silnymi interakcjami pomiędzy spinami, gdyż w antyferromagnetykach mają tendencję do ustawiania się przeciwrównolegle. W ferromagnetykach zaś są równoległe.
      Ponadto antyferromagnetyki nie wykazują magnetyzacji w skali mniejszej niż 10 nm, co czyni je odpornymi na zakłócenia ze strony zewnętrznych pól magnetycznych. To oznacza, że dane zapisane w antyferromagnetyku nie mogą zostać usunięte za pomocą pola magnetycznego. Kolejną zaletą antyferromagnetyków jest fakt, że można z nich robić mniejsze tranzystory niż z krzemu i innych konwencjonalnych materiałów.
      Riccardo Comin i jego koledzy z MIT postanowili sprawdzić, czy będą w stanie manipulować antyferromagnetycznymi właściwościami 100-nanometrowych warstw tlenku samarowo-niklowego (SmNi03) i tlenku neodymowo-niklowego (NdNiO3), wprowadzając do tych materiałów dodatkowe elektrony. W tym celu pozbawili badane materiały części atomów tlenu. Po każdym z usuniętych atomów pozostały dwa elektrony, które rozłożyły się pomiędzy pozostałymi atomami tlenu i atomami niklu.
      Naukowcy monitorowali cały proces za pomocą techniki krystalografii rentgenowskiej, by sprawdzić, czy struktura magnetyczna materiału się zmieniła. Okazało się, że porządek antyferromagnetyczny w badanych materiałach ulega gwałtownemu załamaniu przy wzbogaceniu ich 0,21 elektronami na atom niklu. Dochodzi do gwałtownej zmiany, podobnej do przełączania tranzystora pomiędzy stanami 0 a 1. Zmianę tę można odwrócić dodając atomy tlenu.
      Comin mówi, że antyferromagnetyczne bity można przełączać za pomocą bramek z napięciem elektrycznym. Teraz wraz z zespołem będzie pracował nad uzyskaniem lepszej kontroli nad całym procesem i zoptymalizowaniem go.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W laboratorium IBM-a w Zurichu zaprezentowano rekordowo pojemny napęd taśmowy. Pojedynczy kartridż pozwala na przechowanie aż... 580 terabajtów danych. To aż 29-krotnie więcej niż oferowany obecnie przez IBM-a kartridż o pojemności 20 TB. Błękitny Gigant jest tutaj rynkowym liderem. Najnowszy standard przemysłowy LTO-Ultrium (Linear Tape-Open, version 9) mówi o kartridżach o pojemności 18 TB.
      Mark Lantz, menedżer CloudFPGA odpowiedzialny w IBM Zurich za technologie taśmowe mówi, że w ostatnich latach taśmy magnetyczne przeżywają swój renesans. Ma to związek z jednej strony z wykładniczym wzrostem ilości wytwarzanych danych, które trzeba gdzieś archiwizować oraz z jednoczesnym spowolnieniem przyrostu gęstości zapisu na dyskach twardych. Jak zauważa Lantz, w ciągu ostatnich kilkunastu lat składane roczne tempo wzrostu gęstości zapisu na HDD spadło do poniżej 8%. Jednocześnie świat produkuje coraz więcej danych. Roczny wzrost wytwarzania informacji wynosi aż 61%. Eksperci mówią, że do roku 2025 wytworzymy 175 zetabajtów danych.
      Jako, że gęstość zapisu HDD niemal stanęła w miejscu, dramatycznie wzrosła cena każdego gigabajta dysnku twardego. Już w tej chwili 1 bit HDD jest czterokrotnie droższy niż 1 bit taśmy magnetycznej. Ta wielka nierównowaga pojawiła się w bardzo niekorzystnym momencie, gdy ilość wytwarzanych danych zaczęła gwałtownie rosnąć. Centra bazodanowe mają coraz większy problem. Na szczęście zdecydowana większość danych to informacje, które są rzadko potrzebne. To zaś oznacza, że w ich przypadku szybkość odczytu danych nie jest rzeczą zbyt istotną. Mogą być więc przechowywane na taśmach magnetycznych.
      Taśmy mają wiele zalet w porównaniu z dyskami twardymi. Są bardziej odporne na ataki cyberprzestępców, do działania potrzebują mniej energii, są trwałe i znacznie tańsze w przeliczeniu na gigabajt. Zalety te spowodowały, że – jak ocenia IBM – już 345 000 eksabajtów danych przechowywanych jest właśnie na taśmach.
      Najnowszy napęd taśmowy to wynik 15-letniej współpracy IBM-a i Fujifilm. Od roku 2006 firmy pobiły sześć kolejnych rekordów dotyczących napędów taśmowych. Ostatnie osiągnięcie było możliwe dzięki udoskonaleniu samej taśmy, głowicy odczytującej oraz serwomechanizmu odpowiadającego za precyzję pozycjonowania głowicy. Firma Fujifilm odeszła tutaj od przemysłowego standardu jakim jest ferryt baru i pokryła taśmę mniejszymi cząstkami ferrytu strontu. Inżynierowie IBM-a, mając do dyspozycji nową taśmę, opracowali nową technologię głowicy odczytująco-zapisującej, która współpracuje z tak gładką taśmą.
      O tym jak wielkie postępy zostały dokonane w ciągu kilkunastoletniej współpracy Fujifilm i IBM-a najlepiej świadczą liczby. W roku 2006 obie firmy zaprezentowały taśmę pozwalającą na zapisanie 6,67 miliarda bitów na calu kwadratowym. Najnowsza taśma pozwala na zapis 317 miliardów bitów na cal. Kartridż z roku 2006 miał pojemność 8 TB, obecnie jest to 580 TB. Szerokość ścieżki zapisu wynosiła przed 14 laty 1,5 mikrometra (1500 nanometrów), teraz to zaledwie 56,2 nanometra. Liniowa gęstość zapisu w roku 2006 sięgała 400 000 bitów na cal taśmy. Na najnowszej taśmie na każdym calu można zapisać 702 000 bitów. Zmniejszyła się też – z 6,1 mikrometra do 4,3 mikrometra – grubość taśmy, wzrosła za to jej długość. W pojedynczym kartridżu mieści się obecnie 1255 metrów taśmy, a przed 14 laty było to 890 metrów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Główny autor badań, Maciej Dąbrowski z University of Exeter mówi, że uzyskane przez nas eksperymentalne potwierdzenie istnienie mechanizmu przemijających fal spinowych pokazuje, że transfer momentu pędu pomiędzy spinami a strukturą krystaliczną antyferromagnetyka można uzyskać w cienkowarstwowym NiO. To otwiera drogę do zbudowania nanoskalowych wzmacniaczy prądu spinowego.
      Doktor Dąbrowski jest głównym autorem opublikowanego na łamach Physical Review Letters artykułu, którego autorzy informują o dokonaniu przełomu w dziedzinie spintroniki. Przełomu, który może doprowadzić do powstania energooszczędnych, niezwykle wydajnych urządzeń elektronicznych.
      Obecnie technologie informacyjne opierają się na elektronice. Do przechowywania i przenoszenia danych wykorzystujemy ładunek elektronu. Intensywnie jednak rozwija się spintronika, która do tych samych zadań wykorzystuje nie ładunek, a spin elektronu. Przed trzema laty informowaliśmy, że naukowcy z Instytutu Fizyki PAN badają możliwość przenoszenia informacji przez fale spinowe. Wyobraźmy sobie materiał magnetyczny, w którym wszystkie spiny są jednakowo ukierunkowane. Jeśli odchylę jeden spin, to będzie próbował on wrócić do swojego punktu równowagi. Jednak jego ruch wychwyci już spin sąsiedniego elektronu i on również się wychyli. Przez wzajemne oddziaływanie między spinami to wychylenie – czyli zaburzone lokalnie namagnesowanie – będzie się rozchodziło w materiale, przyjmując formę fali. To właśnie nazywamy falą spinową, tłumaczyła wówczas doktor Ewa Milińska.
      Teraz naukowcy z Uniwersytetów w Exeter, Oksfordzie, Berkeley oraz uczeni z Advanced Light Source i Diamond Light Source dowiedli eksperymentalnie, że zmienne prądy spinowe o wysokiej częstotliwości mogą być przesyłane i wzmacniane w cienkiej warstwie tlenku niklu (NiO). Eksperymenty wykazały, że prąd spinowy w cienkowarstwowym NiO jest propagowany przez krótkotrwałe fale spinowe. Mamy tutaj do czynienia ze zjawiskiem podobnym do tunelowania kwantowego.
      Zjawisko to zachodzi w temperaturze pokojowej i odbywa się przy częstotliwościach liczonych w gigahercach, dzięki czemu w przyszłości można je będzie wykorzystać do energooszczędnego i szybkiego przekazywania danych.
      Tymczasem naukowcy już myślą o udoskonalaniu spintroniki. W Instytucie Fizyki Jądrowej PAN trwają prace nad raczkującą dopiero magnoniką.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...