Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Cukier i przypadek pozwolą na szersze zastosowanie elektroniki w biomedycynie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Większość ludzi korzysta z urządzeń elektronicznych. Gdy zaczynają one szwankować, bądź gdy pojawi się nowszy model, znaczna część użytkowników bez zastanowienia wyrzuca stare urządzenie i zastępuje je nowym. Dlatego śmieci elektroniczne są najszybciej rosnącą kategorią odpadów. Każdego roku wyrzucamy około 40 milionów ton elektroniki. A problem narasta, gdyż im więcej elektroniki wokół nas – a np. w przeciętnym amerykańskim gospodarstwie domowym znajdują się już 24 urządzenia elektroniczne – tym krótszy średni czas użytkowania urządzenia. Naukowcy z University of Chicago postanowili sprawdzić, czy można zmienić relacje pomiędzy człowiekiem a gadżetem poprzez dosłowne... ożywienie gadżetu.
Eksperyment przywodzi na myśl popularną zabawkę tamagotchi. Jasmine Lu i profesor Pedro Lopes wykorzystali śluzowca z gatunku Physarum polycephalum do pomocy w zasilaniu smartwatcha. Urządzenie w pełni działa tylko wówczas, gdy przewodzący prąd organizm jest zdrowy. A to wymaga dbałości ze strony użytkownika.
Zmusiliśmy w ten sposób użytkowników do przemyślenia swojego związku z urządzeniem na wiele różnych sposobów. Gdy rozmawialiśmy z nimi o ich doświadczenia ze standardowymi smartwatchami, opaskami i inną ubieralną elektroniką, ludzie mówili, że wykorzystują te urządzenia utylitarnie, w konkretnym celu. Jednak w przypadku naszego urządzenia to podejście się zmieniło, bardziej odczuwali tutaj dwukierunkowy związek i przywiązanie, gdyż musieli opiekować się żywym organizmem. Czuli, że nie mogą go wyrzucić czy zamknąć w szufladzie, mówi Jasmine Lu.
Zbudowane przez Lu zegarki pokazują godzinę i mierzą puls właściciela. Jednak druga z ich funkcji jest całkowicie zależna od kondycji śluzowca. Organizm znajduje się w jednej z części specjalnego pojemnika. Użytkownik musi regularnie odżywiać go wodą i płatkami owsianymi. Dzięki temu śluzowiec rozrasta się i dociera do drugiej części pojemnika. Powstaje obwód elektryczny, który aktywuje funkcję pomiaru tętna. Śluzowiec, gdy nie jest odpowiednio odżywiany, przestaje się rozrastać, wchodzi w stan uśpienia, w którym może pozostawać całymi latami.
W eksperymencie wzięło udział 5 osób, które nosiły urządzenie przez dwa tygodnie. W ciągu pierwszych 7 dni zadaniem użytkowników było dbanie o śluzowca tak, by doszło do aktywowania funkcji pomiaru tętna. W drugim tygodniu poproszono ich, by zaprzestali karmienia, by śluzowiec wysechł, a pomiar tętna się wyłączył. Przez cały czas trwania eksperymentu użytkownicy mieli opisywać swoje myśli i odczucia względem urządzenia w dzienniczku, odpowiadali też na pytania eksperymentatorów.
Okazało się, że użytkownicy czyli się mocno związani z zegarkiem. Niektórzy stwierdzili, że traktowali go jak domowego pupila, nadali mu imię, a gdy byli chorzy, prosili kogoś innego, by karmił śluzowca. Przyznali, że ich związek z organizmem był silniejszy niż z wirtualnymi bytami, jak tamagotchi czy Simy. Jeszcze bardziej zaskakujące była reakcja uczestników eksperymentu na prośbę, by przestali karmić organizm. Zaczęli oni odczuwać winę, a nawet żałobę. Byli w szoku. Niemal każdy upewniał się, czy na pewno ma to zrobić, mówi Lopes.
Lu i Lopes zaprezentowali wyniki swoich badań podczas 2022 ACM Symposium on User Interface Software and Technology, jednej z najważniejszych konferencji dotyczących interakcji ludzi i komputerów. Uczeni mają nadzieję, że zainspiruje to przemysł do tworzenia kreatywnych urządzeń zasilanych dzięki śluzowcom i zachęci projektantów do tworzenia technologii, których ludzie mniej chętnie będą się pozbywali i nawiązywali z nimi silniejsze więzi. Chcą, by dzięki temu więcej osób oddawało zepsute urządzenia do naprawy, a nie pozbywało się ich, generując kolejne miliony ton odpadów.
« powrót do artykułu -
przez 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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
W końcu pojawiła się szansa na rynkowy debiut akumulatorów litowo siarkowych – urządzeń lżejszych, tańszych, bardziej pojemnych i przyjaznych środowisku niż powszechnie stosowane akumulatory litowo-jonowe. Naukowcy z Monash University i CSIRO poinformowali, że wprowadzenie do katody (elektrody dodatniej) związku glukozy pozwoliło ustabilizować akumulator litowo-siarkowy. Akumulatory takie są od dawna postrzegane jako następcy technologii litowo-jonowej.
W ciągu mniej niż dekady technologia ta może doprowadzić do pojawienia się samochodów elektrycznych – w tym autobusów i ciężarówek – które na pojedynczym ładowaniu pokonają trasą pomiędzy Melbourne a Sydney [ok. 900 km – red.]. Może też pozwolić na upowszechnienie się dronów rolniczych, w których niska waga odgrywa zasadniczą rolę, mówi główny autor badań profesor Mainak Majumder.
Akumulatory litowo-siarkowe mogą przechowywać od 2 do 5 razy więcej energii na daną jednostkę wagi niż akumulatory litowo-jonowe. Problem jednak w tym, że elektrody akumulatorów litowo-siarkowych ulegają szybkiemu zużyciu. Dzieje się tak z dwóch powodów. Siarkowa katoda ulega podczas pracy dużym zmianom objętości, co ją osłabia i powoduje, że staje się niedostępna dla jonów litu. Z kolei litowa anoda ulega zanieczyszczeniu związkami siarki.
W ubiegłym roku naukowcy z Monash wykazali że są w stanie uczynić katodę bardziej dostępną dla jonów litu. Teraz zaś dowiedli, że dodając cukier do katody są w stanie ustabilizować siarkę, przez co zapobiegają jej odkładaniu się na litowej anodzie.
Testy wykazały, że taki akumulator z dodatkiem cukru wytrzymuje co najmniej 1000 cykli ładowania-rozładowywania i wciąż zachowuje pojemność większą od akumulatora litowo-jonowego. To daje nadzieję, że akumulatory litowo-siarkowe będą mogły zastąpić ciężkie i kosztowne akumulatory litowo-jonowe.
Co ciekawe, badaczy do dodania cukru do katody zainspirował artykuł z dziedziny... geochemii z 1988 roku, którego autorzy opisywali, jak bazujące na cukrach substancje, łącząc się ze związkami siarki, zyskują odporność na degradację w osadach geologicznych.
Rozwiązaliśmy wiele problemów znajdujących się po stronie katody. Wciąż jednak konieczne są innowacje, za pomocą których lepiej ochronimy anodę i umożliwimy szerokie rozpowszechnienie się akumulatorów litowo-siarkowych. To rewolucja, która czeka tuż za rogiem, mówi współautorka badań, doktor Mahdokht Shaibani.
« powrót do artykułu -
przez 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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.