Л.В.Пигалицын,

СОШ № 2, г. Дзерэжинск, Нижегородская обл.


Мощный лазер поможет вызвать грозовой разряд
Группа немецких и французских учёных проводит эксперимент: они пытаются с помощью высокоэнергетического лазера вызвать разряд молнии в грозовых облаках. Об этом сообщает журнал New Scientist. Идея вызывать молнию с помощью лазера была высказана ещё в семидесятых годах прошлого века, но тогда в распоряжении учёных не было достаточно мощной мобильной лазерной установки. Впрочем, в последнее время мощные тераваттные лазеры стали появляться во многих лабораториях. Они, однако, слишком велики и потому непригодны для использования в полевых условиях.

Для исследования молний немецкие и французские учёные применили новый мобильный лазер, называемый "Терамобиль". В разобранном виде он спокойно помещается в стандартный шестиметровый контейнер для перевозок.

Эксперимент проводится во время грозовой погоды на вершине пика Саут-Бэлди в штате Нью-Мексико. Специалисты обстреливают облака частыми импульсами пятитераваттного лазера. Его лучи создают так называемые "жилы" - каналы ионизированных молекул, которые передают электричество в облаках. "Жилы", созданные лазером, быстро ичезают и не могут вызвать разряд молнии. Исследователи, однако зарегистрировали повышение активности в облаках.

По словам французского исследователя Андре Мисировича, работа поможет как лучше изучить сам феномен молнии, так и позволит предотвращать сильные грозы до того, как они доберутся до населённых пунктов.

Новости Компьюленты. 15 апреля 2008 года.


Шариковое колесо из России может вытеснить шестерёнки
"Мы разработали и запатентовали альтернативу зубчатому колесу", — такая строчка в письме не могла нас не заинтересовать, и мы связались с его автором. Удивительно, но оказалось, что по профессии он — режиссёр и сценарист, по совместительству – автор рассказов в стиле гонзо, а по состоянию души – изобретатель. Потому далее о сценариях – ни слова.

Наш герой — Сурен Мкртчян (Suro Jr.). Совместно с профессором Андреем Романовым из ГКНПЦ им. М.В. Хруничева он изобрёл оригинальную передачу, способную заменить обычный набор шестерёнок.

В основе передачи — пара цилиндров со множеством выточенных ямок. В ямки одного из цилиндров помещены шарики. Далее всё просто — шарики, попадая в углубления соседнего цилиндра, передают усилие от одной детали к другой.

По словам Сурена, новая "зубчатая" передача (условно её всё-таки можно так называть) применима везде, где есть обычные передачи с зубьями: начиная от станкостроения и заканчивая часами и разводными мостами.

Мкртчян и Романов получили российский патент, но, конечно, хотели бы запатентовать новинку и в других странах. А самое интересное — изобретатели построили опытный образец передачи с шариками.

Первый рабочий прототип узла и рисунки из патента (фото и иллюстрации Сурен Мкртчян).

Правда, в силу некоторых обстоятельств, им не удалось полностью воплотить всё, что было задумано. Так, по первоначальному замыслу, шарики и лунки должны чередоваться на каждом из двух колёс. Однако и простая модель показала работоспособность идеи.

В патенте же описаны выполненные по тому же принципу самые различные вариации такой передачи (коническая, к примеру). Ведь расположение рядов шариков можно варьировать, как и форму удерживающего их "колеса".

Какой смысл в подобной замене? Авторы изобретения отмечают, что "шариковые шестерни" проще в изготовлении и дешевле. Для них не нужны зуборезные станки. Достаточно насверлить отверстий в стальных цилиндрах да добавить шарики, сходные с теми, что работают в больших подшипниках.

А ещё такая передача не боится поломки "зуба" — если один из шариков выпадет из гнезда, весь механизм сможет работать как ни в чём не бывало. Ремонт также прост — вставить шарик обратно, и всё.

У нас сразу возник вопрос: как эти "зубья" крепятся? Не повылетают ли все сразу, особенно при высокой нагрузке?

Мкртчян пояснил, что шарики приклеены, но клей — не единственное, что крепко держит их на месте. Дело в том, что под каждым шариком ещё есть лунка, в которой остаётся немножко воздуха. Клей работает как герметик, так что при попытке шарика выпасть разряжение удерживает его на месте ("Закон вантуза", — говорит Сурен).

По идее, выпуск таких необычных передач должен быть ещё и более экологичным. Ведь при нарезании зубьев у традиционных шестерёнок в стружку уходит немало металла. А ведь это — и материал, и энергия, потраченные впустую (фото Сурен Мкртчян).

Возможно, вы удивитесь, зачем выпускник ВГИКа, с блеском выступивший на ряде кинематографических конкурсов, занялся патентованием "нового колеса", кропотливым изготовлением первой модели...

Сурен приводит только один пример. Зато яркий. В 1945 году писатель-фантаст Артур Кларк, тогда ещё только начинавший покорение сердец читателей, опубликовал... нет, не фантастический рассказ, а научную статью, в которой детально изложил идею размещения спутников связи на геостационарной орбите.

Пророчество писателя не просто сбылось — оно изменило мир. Но сам Кларк от этого ничего, кроме морального удовлетворения, не получил (у него не было даже патента). Позже он написал об этом фельетон — "Краткая предыстория спутников связи, или Как я на досуге потерял миллиард долларов".

Membrana.ru. 7 июня 2008 года

В Швеции создали бумагу, которая прочнее чугуна
Команда ученых из Шведского королевского технологического института в Стокгольме во главе с Ларсом Берглундом разработала новый вид бумаги, которая прочнее чугуна, сообщает New Scientist. Несмотря на высокую прочность, новая "нанобумага" изготавливается из того же биологического материала, что и обычная бумага, то есть, из целлюлозы.

В стенках растительной клетки отдельные молекулы целлюлозы связываются вместе и образуют волокна диаметром около 20 нанометров, что в 5000 раз тоньше человеческого волоса. Эти волокна формируют прочные сети, которые служат основанием клеточных стенок.

Целлюлозу, получаемую из древесины, пускают на производство бумаги и целлофана, а с недавних пор начали применять и для создания новых пластиковых материалов. Однако во всех этих случаях целлюлоза используется только как дешевый наполнитель, а ее механические свойства игнорируются. Впрочем, методы обработки древесины и переработки ее в бумагу значительно снижают прочность целлюлозы. Поэтому Берглунд и его коллеги разработали более щадящую технологию, которая сберегает прочность волокон.

Новая методика предусматривает расщепление древесной массы с помощью ферментов и последующее ее фрагментирование с помощью механической "колотушки". В результате древесина расщепляется, и получается смесь из воды и неповрежденных целлюлозных волокон. Слив воду, Берглунд обнаружил, что волокна соединены между собой в сеть с помощью водородных связей и образуют тонкие листы "нанобумаги". Механические испытания показали, что предел прочности этих листов на разрыв составляет 214 мегапаскалей. Для сравнения, прочность на разрыв чугуна равна 130 мегапаскалям, у конструкционной стали этот показатель достигает 250 мегапаскалей, а у обычной бумаги - 1 мегапаскаль. При тестировании ученые использовали полоски "нанобумаги" длиной 40 мм, шириной 5 мм и толщиной 50 микрометров.

Секрет удивительных свойств "нанобумаги" кроется не только в прочности неповрежденных волокон целлюлозы, но и в том, каким образом эти волокна сгруппированы в сети - несмотря на крепкую связь они могут сдвигаться относительно друг друга. Разработчики предполагают, что новую бумагу можно будет использовать для укрепления обычной бумаги, для производства особо прочной клейкой ленты или же для создания прочных синтетических заменителей биологических тканей.

Новости Компьюленты. 09 июня 2008 года.

Стиральной машине будущего хватит одного стакана воды
Стиральная машина, которая использует только один стакан воды на всю стирку, да ещё и при этом потребляет значительно меньше энергии, чем классическая? Именно такой экземпляр создают британские учёные из университета Лидса (University of Leeds).

Одежда будет действительно чистой, заверяют химики, несмотря на фактически "виртуальную" стирку. В чём же секрет?

Команда под руководством профессора Стивена Бёркиншоу (Stephen Burkinshaw), изобретателя технологии, использует для очистки одежды тысячи пластинок, каждая из которых примерно полсантиметра в диаметре.

Каждый раз в стиральную машину будут загружаться около 20 килограммов таких пластиковых гранул и небольшая чашка воды с моющим средством. Во время цикла стирки вода подогреется, грязь растворится и поглотится пластинками.

Своеобразная замена стирального порошка будет удаляться из машины в конце процесса, а затем использоваться вновь до 100 раз. В общей сложности это примерно полгода работы, при нынешней тенденции англичан стирать вещи в среднем четыре раза в неделю.

Любопытно, каким образом учёные планируют отделить все гранулы от одежды, не выполаскивая её? Остаётся открытым и ещё один вопрос: как планируется перерабатывать использованные пластинки? (фото с сайта dailymail.co.uk)

"Тесты показали, что в процессе такой стирки удаляются все виды стандартных пятен, например, от кофе и губной помады", — говорит Бёркиншоу в пресс-релизе университета.

У новинки есть и ещё один значительный плюс — меньшие затраты энергии: ведь не надо нагревать большие объёмы воды и одежду после обработки практически не приходится сушить.

Если машина при каждой стирке будет использовать всего лишь около 2% воды и энергии, которые она обычно потребляет, то за год будут сохранены несколько миллиардов литров драгоценной влаги и уйма электроэнергии.

Membrana.ru. 10 июня 2008

Физики замедлили свет до скорости улитки
0,2 миллиметра в секунду — таков новый рекорд замедления света. Интересный опыт поставили Стефания Резидори (Stefania Residori) и Умберто Бортолоццо (Umberto Bortolozzo) из института нелинейной оптики Ниццы (Institut Non Linéaire de Nice) и Жан-Пьер Уиньар (Jean-Pierre Huignard) из компании Thales Reseach and Technology France.

Для замедления импульса учёные впервые применили устройство на основе жидкого кристалла. Ранее в подобных опытах использовали другие системы (набор атомов, охлаждённых до ультранизких температур, особые волноводы и так далее).

С одной стороны кристалла физики подавали в одну точку два луча — высокой и низкой интенсивности. Взаимодействие фотонов в кристалле приводило к интересному эффекту — кристалл начинал работать наподобие голограммы, расщепляя лучи на несколько отдельных потоков с различными скоростями. Для каждого из них в кристалле существовал свой групповой коэффициент преломления.

И один из полученных лучей демонстрировал рекордно низкую скорость — менее 0,2 миллиметра в секунду.

Таким образом, расходящиеся под разными углами лучи покидали этот кристалл с сильно отличной задержкой.

Iin и Ip — входные лучи, справа — лучи на выходе. На врезке — исходная (a) и полученная (b) буква А (иллюстрация Residori et al.).

Так исследователи передали в слабом луче изображение буквы А с поперечником в несколько миллиметров (длительность импульса составляла 180 миллисекунд), подсветив его лучом высокой интенсивности. На выходе же устройства это изображение задержалось со своим появлением на 82 миллисекунды.

Разрешение "отпечатка" при этом осталось высоким (15 микрометров), а сама картинка — практически неискажённой. Это обеспечила высокая однородность кристалла, поясняют авторы опыта.

Они утверждают, что такой заторможенный свет может сильно повысить чувствительность интерферометров, а также он может пригодиться в различных физических опытах, в метрологии и в системах оптической связи.

"Жидкокристаллическая технология очень хорошо развита, и такое устройство можно было бы легко поставить на коммерческую основу, — говорит Резидори. — Кроме того, оно очень компактно (20 х 20 х 1 мм) и устроено сравнительно просто".

Подробности — в статье в Physical Review Letters.

Надо добавить, что в данном опыте речь шла о так называемой групповой скорости, которая может сильно колебаться в зависимости от параметров среды.

Так что не приходится удивляться, что, создавая для луча специфические условия, фотоны можно даже "заморозить", а ещё — получить луч света с отрицательной скоростью, то есть луч, в котором горб импульса перемещался бы к источнику света, а не от него.

Membrana.ru. 11 июня 2008

В Японии построят новый "зеленый" дом
В преддверии саммита "большой восьмерки", который пройдет на Хоккайдо в июле, Министерство экономики, торговли и промышленности Японии занимается разработкой проекта экологически чистого дома.
Одна из комнат экологически чистого дома. (изображение crunchgear.com)

В настоящее время проекты по созданию экологически чистого жилья осуществляются во многих странах, в частности, в Великобритании уже в прошлом году был представлен проект "зеленого" дома.

Строительство дома площадью 280 квадратных метров будет закончено в конце июня. Стоимость дома составит около 2 миллионов долларов США. Основу дома составляют экологически чистые строительные материалы, а также специально разработанная система вакуумной и термической изоляции. Солнечные батареи и ветряной генератор на крыше должны обеспечить стабильное энергоснабжение.
Министерство экономики, торговли и промышленности тесно сотрудничает с промышленными гигантами страны. К примеру, робот Asimo производства Honda выступит в роли прислуги, а Sanyo занимается разработкой системы очистки воздуха.

Новости Компьюленты. 18 июня 2008 года/

Ученые сфотографировали колебания света
Ученые немецкого института квантовой оптики сконструировали импульсную лампу, скорость вспышки которой достигает 80 аттосекунд. Вспышка такой лампы позволяет сфотографировать волну света, сообщает NewScientist.
Полученное изображение колебаний световой волны. (фотография журнала Science).
Сверхкороткие импульсы света создаются путем воспламенения неонового облака с помощью лазера. Лазер сообщает энергетический импульс атомам неона, что порождает крайнее ультрафиолетовое излучение, пропуская которое через многослойное зеркало ученые могут получить изображение колебаний лазерного луча.
Джонатан Марангос, ученый из Великобритании, полагает, что использование сверхкоротких вспышек поможет исследователям запечатлеть движение электронов вокруг ядер больших атомов.
В результате предыдущих опытов была получена вспышка, длина импульса которой 130 равнялась 130 аттосекундам. По мнению Марангоса, разница в 50 аттосекунд ознаменовала большой прогресс в этой области исследований.
В будущем ученые немецкого института квантовой оптики надеются более чем вдвое сократить полученную длину импульса, за 24 аттосекнуды электрон проделывает половину пути вокруг ядра атома водорода.
Джонатан Марангос считает получение более коротких импульсов (равных зептосекунде) возможным и с оптимизмом заявляет, что это позволит получать изображение протонов и нейтронов.

Новости Компьюленты. 20 июня 2008 года.

Создана компьютерная модель мономолекулярного переключателя
Исследователи из Мичиганского технологического университета разработали компьютерную модель переключателя, состоящего всего из одной молекулы. Данное достижение в перспективе, возможно, поможет продлить жизнь эмпирическому закону Мура.

Закон Мура был сформулирован более сорока лет назад Гордоном Муром - малоизвестным химиком, а впоследствии президентом Intel. Мур подметил, что "число элементов на микрочипах с наименьшей удельной стоимостью удваивается приблизительно каждый год". В настоящее время существует множество самых разнообразных вариаций на тему эмпирического закона Мура. Так, например, формулировка, предложенная другим президентом Intel Дэвидом Хаусом, гласит, что производительность компьютерных процессоров возрастает в два раза примерно каждые полтора года.

Однако с каждым годом в связи с уменьшением размеров элементов микросхем следовать закону Мура становится все сложнее. По мнению ряда экспертов, к 2020 году наступит предел миниатюризации, после чего для дальнейшего наращивания производительности микрочипов потребуется внедрение принципиально новых технологий. Одним из вариантов решения проблемы теоретически может стать отказ от традиционных транзисторов в пользу молекулярных переключателей. Как раз модель такого переключателя и удалось получить физикам Мичиганского технологического университета.

В ходе моделирования ученые поместили металлоорганическую молекулу между двумя золотыми электродами. При достижении силой тока значения в 142 микроампера в цепи возникло отрицательное дифференциальное сопротивление, выражающееся в уменьшении напряжения при увеличении силы тока. Данное явления стало следствием изменения состояния электронов металлоорганической молекулы. Иными словами, молекула может находиться в двух различных состояниях, которые могут быть приняты за логические единицу и ноль.

Впрочем, ученым еще только предстоит доказать правильность своих расчетов на практике. Так, что на создание мономолекулярного переключателя могут уйти многие годы.

Новости Компьюленты. 18 июня 2008 года.

Компьютер в салфетке
Идея "салфеточного компьютера" (Napkin PC) принадлежит дизайнеру Эвери Холлмену (Avery Holleman). Пока этот проект находится лишь на стадии создания концепции, однако именно он занял первое место в ежегодном дизайнерском конкурсе компьютеров нового поколения, учрежденном компанией Microsoft.

Салфеточный ПК представляет собой неограниченное количество салфеток из электронной бумаги, связанных между собой беспроводными интерфейсами. Кроме того, в "комплект поставки" этого концептуального продукта входит набор цветных ручек и специальная база-держатель для бумаги.

Следовательно, данный набор можно было бы использовать для конференций: один из участников может написать или нарисовать что-либо на салфетке, а другие участники - внести свои изменения.

Предполагается, что при реализации Napkin PC его комплектующие будут иметь следующие размеры:

Электронная салфетка - 180x180x2 мм

Ручка-стилус - 140x9x10 мм

Базовая станция - 160x150x150 мм

Мобильная станция - 45x36x15 мм

Новости Компьюленты. 20 июня 2008 года.

Новый чип работает четверть тысячелетия на часовой батарейке
Микрочип Phoenix и его начинка (фото University of Michigan).
Пусть новинка и не предназначена для замены обычных центральных процессоров в компьютерах, она является впечатляющим достижением техники: в режиме сна Phoenix потребляет 29,6 пиковатта ("пико" — 10−12). Благодарить за появление этого микрочипа следует учёных из университета Мичигана (University of Michigan).

Phoenix спроектирован для работы в паре с различными сенсорами, которые большую часть времени "спят", но регулярно включаются для выполнения измерений и записи результатов. По словам авторов разработки, ранее никто не создавал чипы, ориентированные именно на рекордно низкое потребление в таком режиме — длительный сон с периодическими короткими включениями.

Впрочем, даже в активном режиме новый процессор потребляет на порядок меньше энергии, чем аналогичные по назначению и размерам микросхемы, имеющиеся на рынке, а именно — всего 2,8 пикоджоуля на цикл. А уж в режиме сна разница в "аппетите" между Phoenix и его соперниками и вовсе составляет 30 тысяч раз.

Чип выглядит как квадратик со стороной чуть менее одного миллиметра. На этой площадке разработчики поместили центральный процессор, таймер, память, датчик температуры и ряд других устройств. Но главное — тонкоплёночная батарейка, питающая Phoenix, обладает такими же размерами — около одного квадратного миллиметра.

Это большое достижение, поскольку ранее у сходных чипов для сенсоров аккумуляторы многократно превосходили по размерам саму электронику. А в ноутбуках, для сравнения, батареи превосходят центральный процессор по объёму в 5 тысяч раз, но и то, как все знают, обеспечивают компьютеру лишь несколько часов работы.

Необычайно низкое энергопотребление Phoenix позволяет встроить его в какое-нибудь сооружение, узел машины или медицинский имплантат, после чего — забыть о его питании навсегда.

Скажем, в паре с часовой батарейкой новый чип (теоретически) сможет проработать 263 года, утверждают создатели Phoenix в пресс-релизе университета.

За счёт чего Phoenix столь экономичен? Во-первых, его рабочее напряжение — всего 0,5 вольта, что ниже, чем в обычных процессорах. Во-вторых, авторы продумали архитектуру чипа и стратегию его действий.

Специальный таймер с ультранизким потреблением тока пробуждает чип ото сна каждые 10 минут на одну десятую секунды. За это мгновение чип выполняет 2 тысячи инструкций, а именно: снимает показания подшефного датчика, обрабатывает их, сжимает результат и записывает в память, после чего снова засыпает.

Исследователи из университета Мичигана особо подчёркивают, что сокращение размеров батарейки, прилагаемой к новому чипу с датчиком, позволяет кардинально снизить стоимость всего набора, а это важно, если задача требует размещения тысяч таких сенсоров.

Membrana.ru. 16 июня 2008