|
РУС | ENG
| |
Новые достижения в сфере высоких технологий |
| |
17.09.2015
Академик Олег Фиговский, президент Ассоциации изобретателей Израиля, лауреат «GoldenAngelPrize»
Передовые позиции американской науки обеспечивают американским инженерам возможность успешно создавать прорывные технологии и разрабатывать проекты с длительными периодами их технической реализации. К примеру, американская корпорация оформила патент на двигатель нового поколения. Используя лазеры и радиоактивные материалы, этот инновационный силовой агрегат значительно увеличит скорость реактивных снарядов и ракет, а в перспективе – самолетов и космических кораблей. Возможно, это даст толчок для создания двигателя искривлений Warp Drive, который позволит космическим кораблям перемещаться быстрее скорости света. Возможно, это поможет создать принципиально новые виды вооружения. В NASA возлагают большие надежды на технологию Warp Drive, которая позволит космическим аппаратам разгоняться до гиперскоростей.
Речь идет о гипотетическом гиперпространственном двигателе искривлений, который, согласно гипотезе разработчиков, позволит преодолевать космические расстояния со скоростями, превышающими скорость света. Принцип работы этой технологии весьма замысловат: специальные устройства генерируют поле искривления, которое деформирует пространство вокруг звездолета. Пространство «сжимается» перед кораблем и «разбухает» позади него. Это позволяет превысить скорость света, хотя, согласно современным законам физики, информация или энергия не могут передаваться в пространстве быстрее, чем скорость света. Механизм действия привода основан на идее мексиканского физика Мигеля Алькубьерре, которую ученый предложил еще в 1994 году. Это, наверное, самый невероятный проект NASA в области создания двигателей. Эксперты однозначно говорят, что принципы его работы строятся вопреки законам природы и физики. Несмотря на все это, NASA продолжает поддерживать эту разработку. Возможно, главная причина в том, что сегодня это единственная предложенная и обоснованная идея, которая способна дать толчок пилотируемой космонавтике, долгое время находящейся в стагнации. Несмотря на миллиарды долларов, прорыва здесь не наблюдается уже почти 30 лет, а технологии находятся на уровне 1960-х годов. Так считает журналист Александр Круглов.
Первый и пока единственный прорыв в технологии Warp Drive произошел в 2000 году, когда британский инженер Роджер Шоер создал силовую установку EmDrive. Это двигатель, который с помощью микроволнового излучения, лазеров и специального резонатора, создает тягу без расхода топлива. Это изобретение заинтересовало ученых, хотя и вызвало большие сомнения, поскольку оно нарушает третий закон Ньютона (действию всегда есть равное и противоположное противодействие). Но независимые эксперименты, проведенные в Китае, показали, что этот двигатель действительно создает тягу, природа которой оставалась неясной. Летом 2014 года повторные эксперименты с EmDrive были проведены в центре NASA по разработке пилотируемых космических кораблей. По результатам исследования был выпущен официальный документ, который поверг в шок мировую общественность. В нем утверждалось: с помощью опытного резонансного устройства было обнаружено, что прибор создает аномальную тягу. Однако скептики поставили под сомнение результаты исследования, заявив, что могли возникнуть ошибки в постановке эксперимента. Поскольку испытания проводились не в вакууме, специалисты предположили, что дело в воздействии конвекции нагретого воздуха. В апреле этого года инженеры NASA начали новые тестовые испытания этого двигателя.
Идеи создателей Warp Drive включены в проект «100-year Starship», цель которого – проектирование космического корабля, способного выполнять межзвездные путешествия. Эту программу курирует NASA и агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам DARPA. Таким образом, объединяются усилия ученых, которым предстоит разработать сумму технологий, необходимых для того, чтобы межзвездные путешествия стали реальностью. Проект призван аккумулировать и анализировать все достижения физики, которые, так или иначе, могли бы способствовать реализации этой давней мечты человечества. Кроме того, это способ побудить новое поколение ученых к открытиям прорывных технологий и инноваций во множестве дисциплин. Специалисты DARPA считают, что даже если идея не будет реализована, результаты, полученные при исполнении проекта, могут быть использованы министерством обороны в различных областях, таких как энергетика, системы жизнеобеспечения, вычислительная техника. Нужно отметить, что возможностью быстрого перемещения заинтересовались и непосредственно в Пентагоне. Генералы убеждены, что изобретения принципиально новых принципов перемещения – дело не столь уж далекого будущего. Военные уверены: для достижения результата может потребоваться около 30 лет.
А вот другие новые разработки, создаваемые в мире, выйдут на рынок уже в ближайшее время. Так, проведенные в США первые полевые испытания книги, чьи страницы помогают делать воду пригодной для питья, оказались весьма успешными. Страницы «питьевой книги» – таков буквальный перевод названия этого образца современной технологии – содержат наночастицы серебра или меди, которые убивают бактерии, когда эта бумага используется в качестве фильтра. С другой стороны, на этих же страницах напечатана информация о том, почему и как нужно очищать воду. Как показали результаты испытаний, проведенных в 25 населенных пунктах в Южной Африке, Гане и Бангладеш, страницы отфильтровали более 99% бактерий. Пить эту воду можно было так же смело, как и воду из-под крана в США, утверждают исследователи. И хотя через фильтр просочилось и крохотное количество наночастиц серебра или меди, уровень их содержания оказался намного ниже допустимого. Разработала технологию доктор Тери Данкович из университета Карнеги-Меллона в штате Питтсбург. В течение нескольких лет она испытывала возможности «питьевой книги» в лабораториях университета Макгилла в Канаде и университета Вирджинии. «Наша работа была нацелена на нужды населения развивающихся стран, – говорит она, отмечая, что 663 миллиона человек в мире не имеют доступа к чистой питьевой воде. - Все, что нужно сделать, это вырвать одну из страниц, поместить ее в устройство для фильтра и налить туда воду из любого источника, будь то река, колодец, родник и т.д. В результате получаются чистая вода и мертвые бактерии», – объясняет Тери Данкович. По ее словам, бактерии, проходя через поры бумажного фильтра, поглощают ионы серебра или меди, в зависимости от того, какой из этих металлов использован. Источником ионов служат наночастицы. Согласно результатам испытаний, проведенных доктором Данкович, одна страница может очистить до 100 литров воды. Таким образом, книги может хватить одному человеку на четыре года. Доктор Кайл Дудрик изучает способы очищения воды в Университете Нотр-Дам в штате Индиана. Он согласен с тем, что «питьевая книга» была бы еще более эффективной, если бы смогла отфильтровывать и небактериальные инфекции, вызываемые, например, такими паразитами как крошечные криптоспоридии, ставшие недавно источником заражения в британском графстве Ланкашир. По словам доктора Дудрика, очень важно также добиться того, чтобы люди четко представляли себе, как правильно использовать фильтры, как часто их менять и т.д. В целом, результаты испытаний весьма обнадеживающие, говорит он.
Победное шествие продолжают 3D-печатные технологии. Группа ученых из университета Дьюка напечатала на 3D-принтере сложный сенсор из акустических метаматериалов и написала для него специальный алгоритм. Созданная система позволяет техническим устройствам преодолеть проблему так называемого «эффекта вечеринки». Предварительные эксперименты показали, что благодаря новому сенсору компьютер оказался способен различить три независимых, но накладывающихся друг на друга источника звука с точностью 96,67 процентов. Человеческая слуховая сенсорная система обладает способностью вычленять среди множества одновременно звучащих голосов и посторонних звуков один единственный голос прямого собеседника и долгое время концентрировать внимание только на нем. До недавнего времени никаким системам искусственного интеллекта не удавалось реализовать это свойство, получившее название «эффект вечеринки». Известно, что только люди, обладающие бинауральным нормальным слухом способны вычленять один голос из множества других (глухие на одно ухо или пользующиеся слуховым аппаратом в значительной степени его утрачивают). Основываясь на этих сведениях, ученые предположили, что ключ к проблеме лежит в сортировке звуков в соответствии с положением их источника по отношению к сенсору. Ученые напечатали из специальных акустических метаматериалов сложно устроенный сенсор. Внешне он напоминает пиццу или пирог, порезанный на 36 кусков. Внутри каждой из долек «пирога» находится разное количество шестиугольных трубочек. Разнится не только их число в каждом куске, но и высота и положение. Звуковые волны, проходя вдоль каждой дольки от границ диска к установленному в центре «пирога» микрофону, резонируют внутри шестиугольных трубочек. В результате звук внутри каждого из кусков пирога неуловимо изменяется (человеческое ухо не способно их различить), а особый алгоритм в компьютере анализирует эти отличия и на их основе вычисляет источник звука, что позволяет селективно выбирать принимаемый звук от конкретного источника, то есть «концентрировать внимание». «Эффект вечеринки» был открыт когнитивным психологом, специалистом по вниманию, и, по совместительству, инженером-электронщиком Эдвардом Колином Черри в 1953 году в ходе решения проблемы сенсорной перегрузки авиадиспетчеров.
Компания Made in Space сообщила о значительном достижении в разработке принтера Zero-G, который ранее уже прошел успешные испытания на Международной космической станции в условиях микрогравитации. Теперь же принтер научился печатать вещи не только на борту МКС, но и за бортом. То есть, он может работать в открытом космосе. В июле компания Made In Space провела серию тестов и убедилась, что Zero-G действительно нормально функционирует в вакууме. Тестирование в вакуум-камере продолжалось в течение недели. Были изготовлены различные детали из термополимеров аэрокосмического уровня. Инженеры тщательно изучили особенности работы экструзионных головок принтера в вакууме. Сейчас напечатанные детали изучат и сравнят с такими же, напечатанными в обычных атмосферных условиях. Во время прошлогоднего тестирования на МКС принтер изготовил 24 запчасти, их позже вернули на Землю для анализа. Это была подготовительная миссия перед финальным испытанием коммерческого прибора Additive Manufacturing Facility (AMF), которое состоится до конца текущего года опять же на МКС. «Мы полагаем, что уже через полтора года будем готовы к тестированию принтера нынешней конструкции на орбите, – сказал Майк Снайдер (Mike Snyder), ведущий инженер Made In Space, – Эти предварительные тесты, вместе с нашим опытом работы в условиях микрогравитации, демонстрируют, что прямое производство структур в космосе возможно с помощью технологий Made In Space. Вскоре в космосе будут производить структуры, которые гораздо больше по размеру, чем можно вместить в грузовой корабль для подъема с Земли. Они будут спроектированы для микрогравитации, а не для того, чтобы выдержать перегрузки при запуске. Сейчас возможна полная структурная оптимизация прямо в космосе».
Я писал о достижениях Израиля в области 3D-печати. И вот очередная новость. Команда врачей из сектора Газа во главе с доктором Тареком Любани создала 3-D печатный стетоскоп, сообщает The Washington Times. Теперь Тарек Любани просит помощи экспертов в дизайне других медизделий. По его словам, пластмассовый стетоскоп работает не хуже, чем обычный, и это доказано.
Доктор Кристофер Уильямс, доцент факультета машиностроения Политехнического университета Вирджинии, сейчас работает над 3D-принтером, который печатает медью. Хотя в 3D-печати металлом нет ничего нового (некоторые компании уже вовсю применяют технологии прямого лазерного спекания металлов и электронно-лучевой плавки), Уильямсу и его команде удалось собрать абсолютно новый тип 3D-принтера, ведь до них с медью мало кто отваживался работать. «Нам удалось собрать совершенно уникальный 3D-принтер, – объясняет Уильямс. – С медью крайне сложно работать. Однако мы открыли метод разбрызгивания связующего вещества, при котором печатающая головка выборочно вводит клей в медный порошок, и так слой за слоем. Потом мы помещаем изделие в печь, чтобы частицы порошка сплавились и спеклись между собой. Таким образом можно изготовить медное изделие даже самой сложной формы». Хотя этот процесс кажется достаточно перспективным, есть еще пара задач, которые Уильямсу и его команде предстоит решить. Главная сложность заключается в том, что после сплавления медных частиц в печи между ними остаются крошечные воздушные пространства. В результате детали получаются гораздо более хрупкими, чем изготовленные традиционными методами, например, путем обработки и шлифовки медных слитков. Сейчас исследователи подбирают состав наносуспензии, которая заполнит промежутки между частицами порошка, свяжет их между собой и повысит плотность изделия. Для изготовления такой наносуспензии исследователи решили добавить в клей наночастицы, которые и заполнят промежутки в медном порошке во время спекания. Если все пойдет по плану, открытие ученых станет доступным общественности в течение пяти лет. И от этого выиграют практически все отрасли производства.
Продолжаются интенсивные работы по созданию дронов различного применения. Буквально наступая на пятки проекту Project Loon компании Google, компания Facebook также стремится предоставить людям возможность подключения к Интернету, невзирая на то, в какой из самых труднодоступных точек земного шара находятся эти люди. В рамках проекта Internet.org лаборатория Connectivity Lab компании Facebook занимается разработкой ряда технологий, позволяющих обеспечить доступ к Интернету там, куда невозможно проложить коммуникационный канал любого типа. И сейчас две из самых основных технологий готовы к началу практических испытаний. Беспилотник «Aquila» компании Facebook коренным образом отличается от беспилотников, которые нам доводилось видеть или о которых нам доводилось слышать ранее. Один размах этого огромного летающего крыла немного недотягивает до размаха крыльев авиалайнера Boeing 737, в то время как весь летательный аппарат весит меньше среднего легкового автомобиля. Беспилотник «Aquila» разработан для условий полностью автономного полета на протяжении минимум трех месяцев, в течение которых он будет кружить над областью покрытия на высоте от 20 до 30 километров, выше всех авиатранспортных трасс, питаясь исключительно солнечной энергией. Для создания сети интернет-покрытия нужна целая группа идентичных летательных аппаратов. Один из аппаратов группы держит связь с землей при помощи высокоскоростного радиоканала, а связь с другими аппаратами поддерживается при помощи лазерной коммуникационной системы. Такая же лазерная система связывает каждый беспилотник с одной или несколькими наземными станциями, которые установлены в труднодоступных местах и которые обеспечивают широкополосный доступ в Интернет при помощи нескольких технологий, в частности, через Wi-Fi.
Лазерная коммуникационная технология является второй важной частью будущей системы Internet.org. Эта технология также разрабатывается специалистами лаборатории Connectivity Lab, которые сотрудничают со множеством других организаций, работающих в направлении лазерной передачи данных на высоких скоростях и с высоким уровнем надежности. В настоящее время лазерные технологии компании Facebook способны обеспечивать скорость передачи информации на уровне десятков гигабайт в секунду. И с учетом того, что для реализации этого требуется держать в прицеле лазера беспилотника цель, размером с монету, с расстояния в десятки километров, это является крайне сложной задачей. Крошечные беспилотные летательные аппараты, размеры которых соответствуют размерам летающих насекомых различных видов, могут оказать неоценимую помощь в деле проведения операций по разведке, наблюдению, при ликвидации последствий стихийных бедствий и техногенных катастроф. Однако область создания таких летательных аппаратов пока еще относительно молода и применение таких беспилотников ограничено лишь испытательными полетами в стенах лабораторий и других помещений. И в первую очередь, что препятствует выходу таких беспилотников на белый свет, это отсутствие малогабаритной системы видения, позволяющей миниатюрным летательным аппаратам ориентировать в окружающем пространстве.
Не так давно исследователи из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) закончили разработку «искусственного глаза», основанного на строении глаз насекомых и навигационной системы, которые позволят миниатюрным беспилотникам воспринимать окружающий мир и ориентироваться в нем, выполняя поставленные перед ними задачи. Следует отметить, что это далеко не первая попытка создания датчиков, прототипами которых являются элементы тела насекомых, предназначенных для беспилотных летательных аппаратов. Однако, это первый раз когда это было сделано по отношению к миниатюрным аппаратам. Все предыдущие попытки оснастить системой видения такие беспилотники сводились к попыткам максимальной миниатюризации камер обычного типа, которые заканчивались с разной степенью удачи. Система видения в стиле «глаз насекомых» подходит для использования в беспилотных летательных аппаратах как нельзя лучше. Во-первых, такие системы не обладают большой разрешающей способностью, поэтому для обработки потока данных от них требуются весьма скромные вычислительные мощности. Во-вторых, такие системы имеют достаточно высокую чувствительность по отношению к регистрации движущихся объектов и света, отраженного от различных предметов. Все эти параметры системы видения позволят вести крошечный летательный аппарат даже в условиях ограниченного пространства с большим количеством препятствий. Искусственный «глаз», созданный швейцарскими исследователями, весит всего 2 миллиграмма. Он состоит из трех фотодатчиков, оснащенный каждый своей линзой. Комбинация данных от этих фотодатчиков, которые расположены треугольником, позволяет системе видения определить скорость и направление движения, как в условиях плохой освещенности внутри закрытых помещений, так и на открытом пространстве при ярком солнечном свете. А быстродействие системы в целом превышает в три раза скорость реакции реальных насекомых. Разработав конструкцию фотодатчика и сопутствующие программные алгоритмы, исследователи планируют установить несколько таких «глаз» на один экспериментальный летательный аппарат, создав достаточно сложную визуальную систему. Возможностей такой системы, по мнению исследователей, будет достаточно для осуществления самостоятельного взлета, посадки и для его стабилизации во время полета.
Южнокорейские инженеры, сотрудники корейского ведущего научно-технического института (KAIST), научились сбивать беспилотники с помощью звука, выводя из строя их бортовые гироскопы. Электронный гироскоп, постоянно собирающий данные об ориентации, наклоне, направлении движения дрона, позволяет аппарату автоматически выравниваться во время полета и тем самым сохранять равновесие. Даже самый опытный оператор не удержит в полете беспилотник, лишенный гироскопа. Электронные приборы высокого качества сконструированы таким образом, чтобы резонировать только на высоких частотах (за пределами звуков, слышных человеку) – чтобы звуки природы и цивилизации не мешали их работе. Однако, как обнаружили корейские исследователи, во многих беспилотниках применяются дешевые гироскопы, которые легко начинают резонировать, реагируя на некоторые обычные звуки. Затем, когда гироскоп начинает резонировать и вибрировать, он теряет способность следить за своим равновесием. Прибор начинает постоянно корректировать скорость несущих винтов, что очень скоро заставляет беспилотник рухнуть на землю. При этом остается нерешенной проблема дальности действия. Для индуцирования резонанса звуковые волны должны быть достаточно мощными: сбить дрон у сотрудников KAIST удалось только тогда, когда они прикрепили динамик непосредственно к корпусу летательного аппарата. Однако исследователи предполагают, что в будущем полиция и военные смогут сбивать дроны и на расстоянии. Для этого будет достаточно 140 децибел (на расстоянии до 40 метров). Кроме того, силовики уже обладают акустическим оружием нелетального действия, поражающим цель в радиусе до 9 километров. Если настроить такие звуковые пушки на нужную волну, они смогут заглушить гироскопы беспилотников, обрекая их на свободное падение. Ваше мнение о статьеПерейти к обсуждению на форуме >> |
Популярные тэги ntsr.info |