Современными технологиями по палеолиту: космос и ДНК на службе у археологов


Роботизированный тахеометр Topcon DS Robotic
Роботизированный тахеометр Topcon DS Robotic.

При слове «археолог» воображение рисует вооружённого лопатой сурового бородача, с фанатичным блеском в глазах кидающего землю из раскопа. Что же, и в XXI веке лопата, совок и кисть остаются типичными орудиями «охотников за древностями», а земля всё так же сыплется из археологических бород.

Однако мы с вами сегодня поговорим о том, какие инновации преобразили археологическую науку в последние годы, позволив учёным прочитать такие страницы человеческой истории, которые, казалось бы, канули в небытие навсегда. (далее…)

Графен и лазер — основа будущей «бумажной электроники»


Suprem Das and Jonathan Claussen
Суприм Дас и Джонатан Клауссен, университет штата Айова, США.

Наноинженеры лаборатории Джонатана Клауссена в университете штата Айова (Jonathan Claussen’s lab at Iowa State University of Science and Technology) разрабатывают технологию, которая даст возможность использовать графен и его удивительные свойства в электронных устройствах.

У графена репутация чудо-материала: когда углерод образует гексагональную двумерную кристаллическую решётку («двумерный кристалл»), он приобретает особые свойства — высокую тепло- и электропроводимость, прочность и химическую стабильность. Считается, что графен в будущем заменит кремний в интегральных микросхемах и станет основой наноэлектроники.

В настоящее время идёт работа над проектами, в которых используются струйные принтеры для печати многослойных графеновых микросхем и электродов, пригодных для использования в гибкой, лёгкой и недорогой электронике. (далее…)

Эластомерная гусеница под управлением лазера


Эластомерная гусеница-бот
Инженеры и учёные уже довольно давно создают роботов, которые должны напоминать гусениц, медуз или слизней. Но все эти роботы, как правило, содержат жёсткие компоненты. Иначе их сложно заставить двигаться, ими сложно управлять. Между тем, реальные гусеницы и слизни не имеют скелета и обходятся полностью мягким телом даже в весьма тяжёлых условиях. Новый польский бот — шаг к тому, чтобы воссоздать эти природные модели в лаборатории.

Группа исследователей с физического факультета Варшавского университета создала микробота в виде гусеницы, способного ползти, толкать перед собой предметы и протискиваться в узкие щели.

Особенность нового бота в том, что у него отсутствуют жёсткий корпус или скелет — гусеница полностью эластична, состоит из цельного плоского продолговатого волнообразного куска светочувствительного эластомера. Двигаться это «макаронное изделие» заставляют извне — лазером: с помощью его модулированного луча гусеницу можно заставить двигаться ползком, поворачивать, вскарабкиваться на склон и т. п.

Эластомер для создания мягкого бота был разработан в сотрудничестве с Европейской лабораторией нелинейной спектроскопии (European Laboratory for Non-linear Spectroscopy, LENS) во Флоренции.

— Проектирование роботов из мягких эластомеров требует полного изменения наших мыслей о механике, управлении и контроле, — говорит Пётр Васильчик (Piotr Wasylczyk), руководивший проектом. — Мы смотрим на решения, возникшие в процессе эволюции, и пробуем имитировать их, правда, первое время довольно коряво, в лабораторных условиях.

Учёные надеются, что новое поколение эластомеров в скором будущем позволит построить и «мягких» водоплавающих роботов, и даже «мягкие» летающие машины.

Лазер и наночастицы против раковых клеток


Наночастицы против рака
ПЭТ- сканирование подопытных мышей с опухолями (отмечены белыми стрелками). В опухоли вводились различные наноматериалы, после чего область опухоли просвечивалась лазером, работающим в ближнем инфракрасном диапазоне волн. Разогрев наночастиц вызывает гибель раковых клеток (красные стрелки).

Исследователи из Университета Копенгагена сообщают о начале разработки нового способа борьбы с раковыми опухолями, в том числе метастизированными. В опухоль вводятся наночастицы, которые разогреваются под воздействием легко проникающего сквозь ткани луча лазера, работающего в ближнем инфракрасном диапазоне волн.

Используя технологию одночастичной и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), исследователи определили фототермическую эффективность резонирующего в ближнем инфракрасном диапазоне наноматериала (nanoshells — нанооболочек), состоящего из двуокиси кремния и золота (AuNSs), и сравнили с аналогичными показателями «обычных» наночастиц золота (AuNPs). И «в пробирке», и на животной модели (больные раком мыши), резонирующие AuNSs разогревались сильнее, чем нерезонирующие AuNPs. (далее…)

Новый метод хранения данных на оптических дисках


Новый метод записи на оптические диски
Данные, представляющие собой изображения (32 оттенка серого), записаны в слоях, расстояние между которыми составляет 20 мкм.

Новый, основанный на лазерных технологиях, метод хранения и считывания информации позволит использовать уже существующие оптические диски (DVD и BD) с большей эффективностью. Масштабируемый метод сохраняет биты информации в многослойной структуре, формируемой в толще диска с помощью сверхбыстрых лазеров, работающих с микронным разрешением. Ещё более эффективным метод сохранения многоуровневых и мультиплексированных данных в толще носителя будет при использовании пластика с добавками в виде фотохромных молекул или наночастиц.

Для проверки возможности хранения данных в пластике оптического диска без каких-либо необычных добавок, исследователи из Оттавского университета (фр. Université d’Ottawa, англ. University of Ottawa) использовали импульсный лазер для записи данных посредством микронных изменений в толще диска. При возбуждении лазером чтения, каждая изменённая область флуоресцирует. Индуцированная лазером флуоресценция фрагментов показывает различные профили излучения при возбуждении на разных длинах волн. Исследователи сопоставили интенсивность флуоресцентного сигнала с энергией лазера при записи и использовали эту информацию, чтобы кодировать изображения из 32 оттенков серого, в таком изображении каждый пиксель кодируется пятью битами. (далее…)

Сокращение ассигнований. Комикс


Сокращение ассигнований. Комикс Тома Голда
 

Комикс — Том Голд (Tom Gauld).
Перевод — Дмитрий Райдер.

К Альфе Центавра — за 20 лет


Юрий Мильнер и Стивен Хокинг
Юрий Мильнер и Стивен Хокинг на пресс-конференции в Нью-Йорке 12 апреля 2016 года.

Российский миллиардер Юрий Борисович Мильнер в июле прошлого года сообщил о своей поддержке проекта Breakthrough Initiatives, цель которого — поиск сигналов внеземных цивилизаций. В рамках проекта начата программа Breakthrough Listen: в течение десяти лет будет оплачиваться время работы нескольких радиотелескопов и обработка получаемых данных. Мильнер готов вложить в программу 100 млн долларов. И в этом году мы услышали о новых, ещё более амбициозных планах и крупных инвестициях.

В Международный день полёта человека в космос Юрий Мильнер и Стивен Хокинг провели пресс-конференцию в Нью-Йорке, в ходе которой общественности был представлен проект Breakthrough Starshot, для развития которого Мильнером выделен грант в 100 млн долларов. В совет директоров проекта входит Марк Цукерберг.

Цель — поиск планет, пригодных для жизни. Для её достижения планируется разработать и внедрить ещё не существующую технологию: крошечные беспилотные космические корабли. Предполагается, что путешествие к звёздной системе Альфа Центавра займёт не менее 20 лет с момента старта и ещё 4 года понадобится на то, чтобы собранная этими аппаратами информация достигла Земли.

По словам Мильнера, идея не такая бредовая, как кажется на первый взгляд. «Это выполнимо при нашей жизни», — утверждает он в интервью. Юрий Мильнер хорошо представляет область, в которую инвестирует: он окончил физический факультет МГУ, работал в Физическом институте Академии наук, в Отделении теоретической физики. А в команде проекта — бывшие исследователи и инженеры НАСА. (далее…)

Поможет ли фотонный ускоритель добраться до Марса за сутки?


Фотонный ускоритель
Зонд, ускоряемый лазерным лучом. Иллюстрация проекта DEEP-IN.

Портал Space.com опубликовал рассказ о проекте фотонного ускорителя, который позволит разгонять космические аппараты намного эффективнее, чем это делают реактивные двигатели. Согласно расчётам автора идеи физика Филипа Лубина, с помощью лазера зонд с полезной нагрузкой 100 кг можно разогнать до скорости 0,015 c, а Марса такой аппарат сможет достичь примерно за сутки. Особенно многообещающе представлены перспективы сверхлёгких зондов, которые, согласно расчётам, могут долететь до Проксимы Центавра за пару десятков лет. Однако у проекта имеются многочисленные слабые места, которые ставят возможность его практической реализации под сомнение.

В работе, опубликованной в 2015 году, профессор физики Филип Лубин (Philip Lubin) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре детально обосновывает возможность реализации фотонного ускорителя для разгона межпланетных космических аппаратов. Согласно его идее, на орбите Земли можно разместить несколько мощных лазеров DE-STAR, которые ранее Лубин с коллегами предложили создать для уничтожения опасных астероидов. Направленный в сторону аппарата поток электромагнитного излучения (предлагается использовать длину волны 1,06 мкм, соответствующую коротковолновой области инфракрасного спектра), будет отражаться от его паруса и тем самым придавать аппарату колоссальное ускорение. (далее…)

Лидары помогут оценить состояние европейских лесов


Самолёт, оснащённый лидаром
Самолёт с установленным комплексом лазерного сканирования местности.

Исследователи из Университета Восточной Финляндии опробовали метод лазерного сканирования для определения ключевых показателей лесных массивов. Используя метрику, обычно применяемую в экономике, учёные показали перспективы своей методики для получения оценки состояния лесов.

В работе, проведённой под руководством доктора Рубена Вальбуэна (Rubén Valbuena), исследовались параметры различных лесных массивов: как находящихся в состоянии разработки, так и восстанавливающихся в течение последних лет или десятилетий. В качестве метрики были применены кривая Лоренца и производный от неё коэффициент Джини. Эти инструменты обычно используются в экономике, прежде всего для оценки равномерности распределения достатка или доходов среди населения.

Вальбуэна нашёл способ описать с помощью коэффициента Джини неравномерности в размерах деревьев. В рамках исследования были изучены различные показатели, выражающие различия в размерах соседних деревьев, а также разработаны методы для получения этих показателей с помощью технологии лазерного сканирования. (далее…)

Японский профессор готовит бекон с помощью лазера


Лазер для готовки
Лазер проходит слой бекона ряд за рядом, поджаривая только прожилки жира.

Видеоблог Munchies рассказывает о необычном способе приготовления свиной грудинки. Японский профессор использует промышленный лазер для приготовления бекона по собственному рецепту.

Профессор математики университета Мэйдзи Кэнтаро Фукути (Kentaro Fukuchi, 福地健太郎) задался целью придать обычному бекону непривычный вкус. Воспользовавшись лазером, он поджарил прожилки жира, оставив собственно мясо сырым.

Для приготовления используется промышленный лазер, который обычно применяется для разрезания бумаги, пластика, дерева. Лазер управляется компьютером. Фукути фотографирует лежащий на тарелке бекон, и белые участки жира формируют маску для обработки лазером. Тарелка закрепляется на верстаке, и лазер проходит ряд за рядом, поджаривая только жир. (далее…)

Kickstarter заблокировал проект лазерной бритвы Skarp


Логотип Skarp
Skarp предлагался под девизом «бритьё будущего для мужчин и женщин».

Перспективы безопасной, экологичной, стерильной лазерной бритвы Skarp уже не выглядят столь блестящими, как всего несколько дней назад. Краудфандинговый сервис Kickstarter заблокировал проект сбора средств для проекта, запущенного Морганом Густавссоном и Полом Бинуном. Причина — отсутствие работающего прототипа.

Сбор средств на организацию выпуска бритвы Skarp, о котором мы недавно сообщали, оказался сверхуспешным: запланированные 160 тысяч долларов были собраны за 2 дня, и дальше интерес потенциальных владельцев только рос. Сбор средств должен был закончиться 19 октября, начало поставок было намечено на март 2016 года. Теперь же срок появления бритвы как минимум отодвинулся. (далее…)

Лазерная бритва готовится к производству


Лазерная бритва Skarp
Прототип бритвы выполнен из алюминия.

Возможно, уже через несколько лет электрические бритвы станут таким же символом ушедшего XX века, как лампы накаливания, а стальные лезвия безопасных бритв будут казаться столь же устаревшими, как, например, восковые свечи. На это позволяет надеяться проект Skarp, чрезвычайно успешно стартовавший на «Кикстартере». Одноимённая лазерная бритва обещает стать максимально удобной, предельно безопасной и очень экологичной.

Современные бритвы при всех их достоинствах обладают и рядом серьёзных недостатков. Возможно, самый важный из них — проблема утилизации. Только в США ежегодно отправляется на свалку 2 млрд бритв, не подлежащих переработке. Кроме того, даже самые совершенные станки оставляют микроранки, раздражают кожу и способствуют распространению микроорганизмов.

Морган Густавссон (Morgan Gustavsson) и Пол Бинун (Paul Binun) создали бритву, которая не вызывает раздражения, бреет гладко и поможет радикально снизить количество отходов. Густавссон обладает тридцатилетним опытом работы в индустрии лазерной косметологии. Согласно данным со страницы проекта Skarp на «Кикстартере», в 1989 году он изобрёл технологию интенсивного импульсного света (Intense Pulsed Light), широко используемую ныне в фототерапии для удаления волос и при проведении дерматологических процедур. (далее…)

Лазер для массовой диагностики болезней сердца и сосудов


Кремниевый оптический чип, использующийся в лазерной доплеровской виброметрии
Кремниевый оптический чип, использующийся в лазерной доплеровской виброметрии.

Евросоюз в рамках программы «Горизонт 2020» выделил средства на проект создания массового средства ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), которые в настоящее время являются главной причиной смерти людей (см., например, статистику по России). Согласно планам проекта, в 2018 году будет создан полноценный прототип прибора для бесконтактной диагностики.

В настоящее время диагностика сердечно-сосудистых заболеваний проводится с помощью различных инструментов, в числе которых рентген грудной клетки, электрокардиограмма, холтеровское суточное мониторирование ЭКГ и МРТ органов грудной клетки. Однако эти способы не подходят для массовой ранней диагностики риска сердечно-сосудистых заболеваний вследствие своей сложности или дороговизны. Из-за этого нередко остаются недиагностированными люди с низкой или средней вероятностью развития таких заболеваний.

В рамках программы Европейского Союза по развитию научных исследований и технологий «Горизонт 2020» группе компаний и исследовательских учреждений во главе с бельгийским научным центром ИМЕК (IMEC) было выделено 3,6 млн евро. Цель — реализация проекта по разработке мобильного недорогого неинвазивного прибора для диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы. Проект, получивший название CARDIS, стартовал в феврале этого года и будет завершён в августе 2018-го. (далее…)

Создан первый в мире однокристальный многоцветный лазер


«Белый лазер»
Схематическое изображение нанолиста с тремя параллельными сегментами, созданного сотрудниками университета.

Появившиеся 55 лет назад лазеры генерируют свет, обладающий рядом важных свойств: монохромность, однонаправленность и когерентность, благодаря чему они применяются в самых различных задачах. Но одна из характеристик лазеров мешала распространению этих устройств в быту: не удавалось создать лазерный источник, который светится белым цветом. Задачу удалось решить исследователям Университета штата Аризона. Они продемонстрировали работающий прототип лазера, способного излучать луч любого цвета видимого диапазона.

Строго говоря, лазер по определению не может излучать «белый свет», который, как мы помним из школьного курса физики, состоит «из смеси всех цветов радуги». «Концепция белых лазеров на первый взгляд противоречит здравому смыслу, потому что свет от типичного лазера содержит ровно один цвет, определённую длину волны электромагнитного спектра, а не широкий спектр разных длин волн. Белый свет, как правило, рассматривается как смеси всех длин волн видимого спектра», — сказал Цунь-Чжэн Нин (Cun-Zheng Ning), руководитель группы исследователей, который ранее в течение нескольких лет проводил исследование в университете Цинхуа в Китае.

Исследовательская группа под руководством Цунь-Чжэн Нина создала особый нанолист — тонкий слой полупроводника размером примерно 10 мкм и толщиной около 50 нм. Он состоит из трёх параллельных сегментов, каждый из которых поддерживает работу лазера на длине волны, соответствующей одному из трёх базовых цветов. Управляя интенсивностью каждого из базовых цветов, можно добиться любого цвета видимого диапазона, а сложив все три в равной пропорции, получить белый цвет. (далее…)