Образовательный блог МТИ

Созданы наноэлектронные схемы, работающие в 10 тысяч раз быстрее схем современных микропроцессоров

Исследователи из Национального университета Сингапура и Агентства по науке, технологиям и исследованиям (Agency for Science, Technology and Research, A*STAR) разработали и изготовили образцы наноэлектронных схем, способных работать на частотах до 245 терагерц, другими словами, в десятки тысяч раз быстрее, чем работают электронные схемы современных процессоров.
 
Эти новые схемы могут быть использованы для создания новых сверхскоростных компьютерных процессоров, в качестве высокочувствительных нанодатчиков на основе единственных молекул или для оснащения наноэлектронных устройств рядом новых возможностей.
В новых наноэлектронных схемах используется процесс, называемый квантовым плазмонным туннелированием. Он заключается в реализации эффекта управляемого квантового туннелирования между двумя плазмонами, полями из колеблющихся свободных электроном, которые возникают при определенных условиях на поверхности некоторых металлов. Управление так называемыми квантово-плазмонными резонаторами, которые являются основой новых схем, осуществляется при помощи света лазера или другого внешнего источника. Сам резонатор состоит из двух металлических электродов, на поверхности которых формируются плазмоны, между которыми оставлен промежуток, толщиной от 0.4 до 1.3 нанометров, заполненный монослоем из молекул вещества определенного типа.
 
Величина этих молекул и некоторые другие их свойства определяют ширину так называемого барьера туннелирования, аналога запрещенной зоны у полупроводников. Используя наполнение промежутка молекулами различных типов можно добиться изменения частоты резонатора в пределах от 140 до 245 терагерц, что и определяет быстродействие устройства в целом.
 
На основе таких квантово-плазмонных резонаторов можно создать устройства, являющиеся полными аналогами полупроводниковых транзисторов из которых состоят схемы всех современных компьютерных чипов. И сейчас исследователи продолжают свою работу в направлении интеграции резонаторов в реальные схемы, способные выполнять базовые логические функции. И после создания таких схем уже можно будет начинать работы по созданию первых вычислительных устройств или их компонентов на основе новых наноэлектронных схем. 
 
Единственным минусом созданных наноэлектронных схем и любого другого вида наноэлектроники в настоящее время является то, что существующие методы промышленного производства полупроводниковых приборов только начинают подбираться к отметке 5 нанометров, и с их помощью просто не получится изготавливать столь малые наноэлементы с требующейся для этого точностью. Поэтому, до появления нового класса наноэлектронных устройств нам придется еще обождать какое-то, надеемся, что не очень продолжительное, время.
Схемы

Марс всё ближе к Земле

Сегодня, 14 апреля, в 12:54 UTC (16:54 МСК) Земля и Марс подойдут друг к другу на минимальное в этом году расстояние (92,39 млн км). 
 
Приближение Марса увеличивает его видимый угловой размер, интенсивность окраски деталей и прочие оптические параметры.
 
В это время центры Солнца, Земли и Марса располагаются на одной прямой, и Марс был виден на ночном небе в точке, противоположной Солнцу. Такие противостояния Марса повторяются с интервалом в 2 года и 50 дней. В эти дни видимый угловой размер планеты увеличивается в разы (относительно его обычного углового размера) и составляет 13''–14'', а звездная величина – примерно – 1,3.
 
Через несколько часов учёные будут наблюдать, как Марс и Земля максимально приблизятся друг к другу. Время противостояния и максимального сближения не совпадают, так как орбиты Земли и Марса имеют форму эллипса и не лежат в одной плоскости. Если бы они вращались вокруг Солнца по круговым орбитам, лежащим в одной плоскости, то оба события происходили бы в одно время, и после 9 апреля астрономы не смогли бы видеть большой Марс еще несколько дней.
Марс

Дешевые руки для роботов

Ученые разработали новый тип манипулятора для роботов, который может дать дорогу массовому распространению «умных» машин, в том числе и долгожданным домашним роботам-помощникам.

Специалисты из некоммерческого исследовательского агентства SRI International в рамках контракта с DARPA по программе ARM-H разработали новый тип манипулятора на основе электростатического сцепления. Манипулятор в 10 раз дешевле обычного и потребляет намного меньше энергии, чем современные типы роботизированных конечностей с электрическим и гидравлическим приводами.

Сегодня гуманоидные роботы – это экзотика, поскольку их стоимость слишком высока. Например человекоподобный робот Atlas, разработанный компанией Boston Dynamics, способен ловко карабкаться по лестнице, работать с ручным инструментом и разбирать завалы. Однако его стоимость превышает миллион долларов, а энергопотребление доходит до 15 киловатт. Понятно, что при такой стоимости и «прожорливости» о широком распространении аналогичных роботов на производстве и тем более дома речь не идет.

Одной из главных проблем для конструкторов остаются «руки» роботов. Они должны быть достаточно сильны, точны и одновременно чувствительны. Чтобы выполнить эти требования приходится усложнять конструкцию, из-за чего затруднительно сделать манипулятор с приемлемыми характеристиками и стоимостью ниже примерно $35 тыс.

Новая разработка SRI International позволяет снизить стоимость манипулятора робота в 10 раз, а энергопотребление - в 20 раз.

Разработчики не открывают все подробности новой технологии, но подчеркивают, что заменят энергоемкую гидравлику в суставах робота Atlas меньшим числом более легких, эффективных и дешевых электрических компонентов. В отличие от других манипуляторов, новый использует для фиксации суставов электростатические силы. Таким образом, каждый сустав обслуживается всего одним электромотором, что снижает стоимость и энергопотребление манипулятора

Надо отметить, что в деле удешевления манипуляторов роботов уже достигнут заметные успехи. В частности компания iRobot, в рамках программы ARM–H, создала небольшую трехпалую «руку», способную поднимать и удерживать мелкие предметы. Данный манипулятор стоит менее $3000. Экономии удалось достигнуть, прежде всего, сокращением количества «пальцев» до минимально необходимого уровня. Кроме того, в суставах манипулятора для обеспечения упругости используется резина, а не сверхточные микромоторы.

Генетики создали искусственную хромосому

Исследователям из Нью-Йорка под руководством генетика Крейга Вентера впервые удалось реконструировать и воссоздать синтетическую хромосому для дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae.

Хромосома

В отличие от предыдущих организмов, с которыми работали учёные, S. cerevisiae является представителем домена эукариотов, к которым принадлежат также все животные и люди. Эукариоты, обладающие ядрами клеток, имеют намного более сложный геном.

Новая синтетическая хромосома, впрочем, лишена нескольких последовательностей ДНК и других элементов. Она состоит из 272871 пары оснований, что составляет около 2,5% от общего числа пар оснований в геноме S. cerevisiae, которых насчитывают около 12 миллионов.

Как сообщают авторы нового исследования, полный геном Saccharomyces cerevisiae планируется восстановить в течение последующих пяти лет.

Генетики отмечают, что около 6 тысяч генов, функциональных и кодирующих белки, у дрожжей и людей одинаковые.

Меркурий сжимается быстрее, чем предполагалось

При помощи данных, полученных с межпланетного зонда «Мессенджер», Пол Бирн из Института науки Карнеги в Вашингтоне (США) и его коллеги вычислили скорость, с которой «сжимается» Меркурий, и установили, что она в 2-8 раз превышает показатели, на которые указывали компьютерные модели первой планеты Солнечной системы и предыдущие замеры. 
 

Меркурий
Поверхность Меркурия отличается от земной тем, что его внешняя оболочка, называемая литосферой, состоит из одной тектонической плиты, вместо нескольких пластин. Чтобы оценить, как планета могла уменьшиться, исследователи изучили тектонические особенности Меркурия, так называемые лопастные уступы и хребты, возникшие в результате охлаждения и сжатия планеты, используя изображения, который отправил на Землю аппарат Messenger с момента прибытия на орбиту Меркурия в 2011 году.
 
В результате анализа формы этих структур, их расположения и глубины, специалисты установили, что радиус Меркурия за последние 4 миллиарда лет уменьшился не на 0,8-3 км, как считалось, а на 5-7 км. Таким образом, выяснилось, что Меркурий «сжимается» в 2-8 раз быстрее, чем на то указывали замеры «Маринер-10» и компьютерные модели на основе собранных им данных. За счет чего происходит это ускоренное сжатие – ученые пока не знают.

ALMA обнаружил загадочное газовое облако вокруг молодой звезды

Астрономы, работающие на телескопе ALMA в северном Чили, объявили об открытии объекта неясной природы – газового облака, состоящего из окиси углерода, в пылевом диске вокруг звезды Бета Живописца (Beta Pictoris). Странность этого объекта состоит в том, что газ должен быстро разлагаться под воздействием света центральной звезды и поэтому что-то — вероятно, частые столкновения малых ледяных объектов типа комет — должно приводить к постоянному пополнению его запасов.
 
Новые наблюдения, выполненные на телескопе ALMA, показали, что этот диск содержит большое количество газообразной окиси углерода (угарного газа). Присутствие этого газа, смертельного для человека, парадоксальным образом указывает, что планетная система Беты Живописца может оказаться подходящим местом для возникновения жизни. Кометная бомбардировка, которой подвергаются планеты в этой системе, с большой вероятностью может обеспечивать их необходимой для развития жизни водой.
 
Наблюдения с телескопом ALMA принесли и еще один сюрприз. Уникальная способность этого инструмента одновременно измерять положения и скорости объектов позволила не только обнаружить присутствие окиси углерода, но и построить карту его распределения в диске. Оказалось, что газ сконцентрирован в одиночном компактном облаке на расстоянии в 13 миллиардов километров от звезды, что примерно втрое больше, чем расстояние от Нептуна до Солнца. Природа этого облака остается загадкой.
 
И в том, и в другом случае у астрономов есть основания полагать, что у Беты Живописца может быть найдено еще несколько планет.
 
На телескопе ALMA, который все еще не достиг максимальной реализации своего наблюдательного потенциала и продолжает его наращивать, планируются дальнейшие наблюдения, которые должны пролить свет на процессы, происходящие в этой необычной планетной системе и помочь нам лучше представить себе условия формирования нашей Солнечной системы.
Газ

Неизвестные рукописи Альберта Эйнштейна представили в Японии

Выставка, на которой широкой публике представлены уникальные рукописи Альберта Эйнштейна, открылась в университете «Кэйо» в столице Японии. Всего в рамках экспозиции выставлено 20 работ физика.
 
 
Среди экспонатов выставки можно, в том числе, увидеть рукопись, посвящённую стране восходящего солнца, «Мои впечатления о Японии». Эту работу Эйнштейн написал, путешествуя по стране в 1922-м году. Рукописи представляют интерес не только для историков и лингвистов, но и для учёных.
 
На многих работах есть математические формулы, которые могут иметь отношение к научным работам в области физики.
 
Энштейн

Вычислена масса крупнейшего в истории наблюдений лунного метеорита

Астрономы из Университета Севильи проанализировали падение метеорита на поверхность Луны, которое произошло 11 сентября 2013 года. Согласно ученым, его масса составила не менее 400 килограмм.
 
За падением космического тела наблюдали с помощью двух телескопов, установленных в обсерватории в Севилье на юге Испании. Вспышка, произведенная в результате падения, продлилась около восьми секунд и превзошла по яркости свет Полярной звезды. Анализ изображения показал, что мощность взрыва составила 15 тонн в тротиловом эквиваленте. По словам ученых, в зависимости от плотности, размеры метеорита могли составить от 60 сантиметров до 1,4 метров. Его скорость оценивается в 61 тысячу километров в час.
 
Сентябрьское падение является крупнейшим за историю наблюдений. Предыдущее рекордно яркое столкновение произошло в мае 2013 года; тогда на поверхность Луны упал метеорит весом около 40 килограмм, что привело к взрыву с энергией в пять тонн в тротиловом эквиваленте. Потенциально, падение тел на Луну можно использовать для косвенного анализа химического состава лунного грунта. Ранее с этой целью на спутник Земли были направлены отработавшие свой срок гравитационные зонды GRAIL.

Учёные начали работы по созданию модели человеческого мозга

Работу над созданием модели человеческого мозга ведут учёные более чем из восьмидесяти университетов мира. Учёные намерены достигнуть цели в течение ближайших десяти лет.
Проект под названием Brainome ставит своей целью полное изучение системы нейронных связей в человеческом мозге. Ученые ожидают, что достичь этого можно будет не только с помощью кропотливой работы, но и за счет того, что за ближайшее десятилетие технологии существенно шагнут вперед. Они считают, что смогут полностью проанализировать работу головного мозга человека и создать модель, которая будет функционировать аналогичным образом. Новые технологии позволят в реальном времени следить за работой нейронов. Это должно будет пролить свет также на возможные причины дисфункций головного мозга.
В ходе исследования ученые намереваются сосредоточить свое внимание на решении трех важнейших проблем: создании инструментов, которые могли бы полностью осуществлять мониторинг работы нейронов и их цепей; создании технологий, позволяющих искусственно манипулировать этими нейронами; а также создании средств для хранения, анализа и обобщения всех полученных данных в удобном виде. В результате с помощью компьютерных технологий они должны создать модель, подобную головному мозгу человека. 
Мозг

Астрономы отыскали одну из древнейших звёзд во Вселенной.

Оценки содержания элементов тяжелее водорода показали, что в данной звезде железа не более одной десятимиллионной от показателя нашего Солнца. Это рекорд среди известных на сегодня тел такого рода. По всей видимости, SMSS J031300.36-670839.3 старше 13 млрд лет.
Более того, отсутствие обнаруживаемых количеств железа говорит, о том, что нет иного выхода, кроме признания того, что светила первого поколения, это железо наработавшие, были куда менее мощными, чем считалось. Похоже, звезда-прародитель просто не смогла эффективно выбросить свои тяжёлые элементы из ядра, поскольку взрыв в конце её жизненного пути был не слишком мощным.
Совершенно неожиданно и то, что, если расчёты астрономов верны, энергия взрывов звезды-прародителя была даже меньше, чем у сегодняшней обычной сверхновой, — и это несмотря на то, что её массу оценивают в 60 солнечных, то есть как исключительную — настолько, что после взрыва на месте прасветила образовалась чёрная дыра. 
Кроме того, данные по спектру SMSS J031300.36-670839, полученные с помощью «Магеллановых телескопов» (Чили), показали, что углерода там по меркам нашего собственного светила хотя и мало, но всё же в тысячи раз больше, чем железа. Именно это указало на слабость взрыва звёзд-предков первого поколения: углерод находился в их внешних слоях, в то время как железо — в ядре.
Открытие SMSS J031300.36-670839.3 — по-видимому, древнейшей из известных звёзд — означает, что нам стоит переосмыслить то, как формировались и развивались предшествовавшие им самые первые звёзды, ибо современные модели их эволюции не дают результатов, при которых взрыв в конце жизненного цикла мог бы получиться столь слабым, чтобы не разбросать ядро, ограничившись лишь внешними слоями.
2
Поступить в МТИ