По словам куратора образовательных проектов агентства Анжелы Диас (Angela Diaz), главная цель виртуального клуба – пробудить в юных душах интерес к космическим полетам, инженерным наукам и математике. «Ключом на старт» для будущих астронавтов является исполинская «околокосмическая» игротека: многочисленные онлайновые развлечения, простирающиеся от примитивных логических головоломок до захватывающих приключенческих квестов, способны заинтересовать как дошколят, так и четвероклассников. Под яркой и завлекательной оболочкой флэш-забав таится сильнодействующая дидактическая пилюля: к примеру, помогая виртуальной ракете оторваться от земли, юные игроки незаметно для себя постигают тайны гравитации; наставляя же на путь истинный потерявшуюся комету, знакомятся с планетами Солнечной системы и их спутниками.
Акцент создатели сайта делают на том, чтобы максимально приблизить космос к детям-инвалидам. Тех, кто решил непременно пробиться к звездам через тернии своего недуга, сайт приветит легкочитаемыми субтитрами, а также встроенной системой генерации речи. Не останутся внакладе и школьные преподаватели – их вниманию предлагается целая библиотека оригинальных методик, посвященных тому, как заинтересовать таинствами Вселенной современных тинейджеров, пресытившихся компьютерными чудесами.
Торжественный старт нового «спутника NASA» был приурочен к прошедшей в начале апреля в Анахайме конференции Национальной ассоциации преподавателей. По мнению делегатов внушительного «педсовета», прошедшего под амбициозным лозунгом «Навстречу золотому веку в американском образовании», нынешний проект заслужил твердую пятерку. – Д.К.
Кремний в розлив
Японские компании Seiko Epson и JCR совместно разработали новую технологию изготовления тонкопленочных транзисторов, которая обещает значительно снизить стоимость производства TFT-дисплеев. В настоящее время в его основе лежит процесс химического осаждения паров, известный под аббревиатурой CVD (chemical vapor deposition). Высокочистый кремний подвергается возгонке в вакууме, после чего его пары осаждаются на подходящую матрицу, например, подложку из пластика. В результате ее поверхность покрывается твердой кремниевой пленкой, на которой посредством фотолитографии формируется микросхема. Эта технология требует высокотемпературной вакуумной аппаратуры и поэтому обходится весьма недешево.
Новый метод, созданный под руководством Масахиро Фурусава (Masahiro Furusava), основан на применении не газообразного, а жидкого кремния. Сырьем для его получения служит жидкое при комнатной температуре силиконоводородное соединение циклопентасилан, молекула которого содержит кольцо из пяти атомов кремния. При облучении ультрафиолетом такие кольца разрываются и образуют цепочки, которые соединяются друг с другом в цепи большей длины. В результате образуется очень вязкая силиконовая жидкость, которую затем разжижают с помощью толуола или другого органического растворителя. Полученный состав методом центрифугирования наносят на матрицу и нагревают до 500 градусов Цельсия в камере, заполненной химически инертным газом. В результате на подложке возникает пленка из твердого поликристаллического кремния, на которой можно обычным способом формировать микросхемы. Подвижность электронов в такой пленке составляет 108 см2/В*с, что ненамного меньше аналогичных показателей пленок, полученных с помощью парового осаждения (максимум 142 см2/В*с).
Японские ученые также использовали для нанесения пленки струйный принтер, что позволило уже на первом этапе получить основу будущей микросхемы. Однако подвижность электронов в этом случае составила только 6,5 см2/В*с. Разработчики рассчитывают со временем многократно увеличить этот показатель и одновременно повысить разрешающую способность принтерной технологии, которая пока что слишком груба для изготовления микросхем с высокой плотностью элементов. – А.Л.
Подъем на HAL’яву
Не секрет, что за долгие годы непрестанной альпинистской «штурмовщины» Альпы успели повидать всякое. Впрочем, не исключено, что восхождение, которое состоится в ближайшие месяцы, удивит даже эти убеленные снегом древние вершины. Шутка ли: отправиться к заоблачным высотам намерена команда Страны восходящего солнца, в составе которой – полупарализованный после автокатастрофы 43-летний архитектор Сейдзи Учида (Seji Uchida) и 16-летний студент Киога Иде (Kyoga Ide), страдающий от хронической мышечной дистрофии.
Как отмечают твердо нацелившиеся на покорение 4164-метровой швейцарской вершины Брейторн «параальпинисты», ничего неосуществимого в их затее нет: как-никак, в свою компанию они берут поистине железного спутника. Свои высокие помыслы японцы связывают с роботизированным экзоскелетом HAL (hybrid assistive limb), разработанным профессором Ешиюки Санкаи (Yoshiyuki Sankai) из токийского университета Цукуба. Полуторапудовый робокостюм, формой повторяющий человеческий скелет, делает своего хозяина в профиль весьма похожим на легендарного Робокопа. Что ж, «положиться» на новинку можно в прямом смысле этого слова: с ее помощью спортивная форма пользователя улучшается прямо на глазах. Так, с трудом приседающий со 100-килограммовой штангой атлет, вооружившись «робокостюмом», легко добавит к своему личному рекорду 80 кило. Как с гордостью отмечает конструктор, потративший на разработку «умной одежды» полтора десятка лет, для эффективного управления агрегатом не требуется абсолютно никаких знаний из области робототехники: рассредоточенные по его поверхности сенсоры чутко реагируют на малейшие сокращения человеческих мышц, усиливая их при помощи разветвленной системы сервомоторов.
Свое эпохальное восхождение японцы наметили на конец нынешнего лета. Большую часть пути они проделают на фуникулере, высадившись за 280 метров до вершины (батарей HAL хватает лишь на пару часов работы). При этом Учида поедет пассажиром на спине «роботизированного» опытного альпиниста, а Иде, облачившись в робокостюм, попытается дойти сам.
Помимо живописных пейзажей, с вершины горного хребта проглядываются и другие перспективы. Как убеждены японцы, успех их предприятия позволит поверить в свои силы многочисленным собратьям по несчастью. Судя по всему, наполеоновские планы на горный старт возлагает и «отец» робота, пару лет назад основавший компанию Cyberdyne по его производству. Как знать, вдруг благодаря выдающимся достижениям HAL на альпинистском поприще уровень его продаж достигнет заоблачных высот? – Д.К.
Нанотехноинфекция
Передовым краем современного инженерного искусства считаются нанотехнологии. За последние годы человечество изрядно продвинулось в этой области. У нас есть основания гордиться собственной изобретательностью, но не нужно забывать, что кроме нас инженерные решения на молекулярном уровне используют все биосистемы. Несмотря на все наши таланты, за считанные годы развития нанотехнологии мы не догнали даже самые простые из биологических систем. Изворотливости нашего ума противостоит опыт эволюции продолжительностью почти в четыре миллиарда лет. Ценой ошибки в этой игре всегда была смерть. Те, кто не мог решить поставленные перед ними задачи приспособления, уничтожались.
Жизнедеятельность клетки основана на отточенных взаимодействиях отдельных молекул. Химическое узнавание обеспечивается тончайшим соответствием формы и распределения зарядов на молекулярных поверхностях. Один из главных путей регуляции активности клеточных роботов – ферментов – основан на изменении их конформации (пространственного расположения частей). Цитоскелет, целесообразно достраиваясь из стандартных блоков, обеспечивает транспорт и взаимодействие молекул… До технологического уровня клетки как целого нам пока не подняться, а вот вирусы и другие молекулярно-генетические инфекционные системы уже представляют интерес для нанотехнологов. Фактически, вирус – это наноробот. Одни его функциональные блоки обеспечивают фиксацию на необходимых объектах, другие – управляют его синтезом и самосборкой. Заставить бы вирусы выполнять необходимые для нас нанотехнологические процессы!
Один из первых результатов такого рода получен в Массачусетском технологическом институте группой профессора Анжелы Белчер (Angela Belcher). Пока что вирусы удалось приспособить для создания высококачественных, но однородных по своим свойствам поверхностей – электродов для литий-полимерных аккумуляторов. Вирусы были генетически модифицированы, чтобы придать их поверхностным рецепторам сродство к необходимым молекулам (в частности, ионам кобальта). Такие вирусы высадили на пластины электролита и погрузили в раствор соли кобальта. В итоге «строители» сформировали рыхлый слой оксида кобальта с исключительно большой удельной поверхностью. Энергоемкость собранной на таких электродах батареи будет значительно выше стандартных значений.
Лиха беда – начало. Значение этой новости не только в появлении новой технологии производства (при комнатной температуре!) поверхностей с заданными свойствами. Разместив на поверхности вируса рецепторы к двум различным молекулам (а это относительно несложно сделать методами генной инженерии), можно заставить его соединять эти молекулы с нанотехнологической точностью. В запасе группы профессора Белчер – вирусы, покрывающие себя полупроводниками, а затем высаживающиеся на золотые электроды. После получения первых образцов этих наноинструментов их производство не вызывает затруднений – в подходящей среде (клетках) они размножаются сами! Из принципиальных затруднений, которые осталось преодолеть для сборки микросхем, главное – разработка методов точного позиционирования мест прикрепления вирусов-сборщиков. Указывая несущим различные молекулы вирусам их положение на поверхности сборки, можно было бы создавать схемы в соответствии с определенным планом. Способы получения такой размеченной поверхности могут быть различными. Вероятно, идеологии «нанотехнологической заразы» более всего соответствует использование мембраны генетически модифицированной живой клетки.
Что ж, будем ждать дальнейших новостей и надеяться, что вирусы-сборщики не окажутся заразными для нас с вами. – Д.Ш.
Майка против шока
Аризонская компания G2 Consulting выпустила специальную ткань Thor Shield на основе полиэстера, способную надежно защитить человека от разрядов электрошокового оружия. Эта новинка, по замыслу разработчиков, прежде всего, должна оградить полицейских и сотрудников других служб безопасности от случайных выстрелов коллег или нападений злоумышленников.
Электрошоковое оружие было изобретено в конце шестидесятых годов прошлого века. Принцип его действия прост. Серия электрических разрядов высокого напряжения от пятидесяти до девятисот киловольт воздействует на нервную систему человека и вызывает непроизвольное сокращение мускулатуры, мускульный спазм и резкую боль. Такие разряды способны вывести из строя на время от нескольких минут до часа любого человека вне зависимости от его мышечной массы, ментальных установок и даже при полном отсутствии чувствительности к боли под действием лекарств, алкоголя или наркотиков. Сравнительно небольшой ток разряда порядка нескольких миллиампер переводит это оружие в разряд несмертельных. Впрочем, безопасность и отсутствие негативных последствий для здоровья после такого шока в последние годы является предметом оживленных дискуссий. В США после воздействия полицейского электрошока уже погибло около полутора сотен человек. И хотя в большинстве смертельных случаев шок сочетался с действием лекарств, наркотиков или с различными заболеваниями, в ряде штатов это оружие уже не полагают безопасным. Впрочем, никто еще не считал, сколько жизней разгоряченных буянов было сохранено благодаря тому, что полицейские воспользовались шокером, а не пистолетом. В России сертифицированный электрический шокер отечественного производства может приобрести любой желающий по предъявлении паспорта. Продавцы только рекомендуют носить сертификат с собой, чтобы шокер не отобрала милиция.
Конструкции у шокеров самые разнообразные – от миниатюрных дамских «зонтиков» до полновесных полицейских дубинок с электродами на конце и пистолетов TASER, выстреливающих пару электродов на проводах на расстояние до десяти метров. Есть даже модели, стреляющие струями соленой проводящей воды. В каждом шокере имеются батарейки или аккумулятор и несложный электронный преобразователь напряжения. TASER популярен в американской полиции и штатно используется более чем в трети полицейских управлений США. И если первые устройства требовали непосредственного контакта пары электродов с кожей человека, то современные модели легко пробивают толстую одежду, а некоторые даже способны подействовать сквозь легкий бронежилет.
Защитную ткань Thor Shield фирма предлагает полицейским в двух модификациях. Легкая ткань проницаема для воздуха и из нее можно сделать даже футболку, не говоря уже о том, чтобы подшить ее к подкладке пиджака или просто натянуть на бронежилет. Тяжелый вариант ткани водонепроницаем и защищает еще и от таинственного микроволнового оружия («КТ» неоднократно писала о разрабатываемых в США мобильных генераторах микроволнового излучения, предназначенных для подавления массовых беспорядков, – жертвы этого несмертельного оружия испытывают сильную боль). Детали строения ткани не разглашаются, а образцы высылаются только полицейским управлениям. По всей видимости, материал содержит проводящий слой, который просто замыкает электроды шокера и не позволяет высоковольтному импульсу достичь тела. – Г.А.
Заткни фонтан
Удивительное явление обнаружили французские физики, снявшие скоростной камерой падение капельки обыкновенной воды на плохо смачиваемую поверхность. Тонкая водяная струя со скоростью в сорок раз больше скорости самой капли вырывается с места падения миниатюрным фонтаном.
Ученые использовали капельки диаметром около миллиметра, которые медленно, со скоростью всего полметра в секунду падали на поверхность. Если скорость капель увеличивали до 0,7 метров в секунду, то фонтан исчезал. Внимательно рассмотрев замедленную съемку, исследователи установили, что в момент падения капля так растекается по поверхности, что внутри у нее возникает пузырек воздуха. Затем пузырек быстро схлопывается, что приводит к концентрации энергии в его центре, которая и выплескивается в виде тонкой и быстрой струйки фонтана. Этот эффект очень похож на кавитацию, которая разрушает гребные винты судов, но тут струйка воды бьет не в поверхность, а в противоположном направлении.
Пока ученым совершенно неясно, как можно использовать это явление. Зато вполне понятно, в каких случаях его следует избегать. «Фонтаны» могут ухудшить качество и разрешение струйной печати, разбрызгивая чернила, а пузырьки, застывшие в капельках быстро сохнущей краски, нарушат стойкость покрытий, наносимых пульверизатором. А поскольку подобные процессы очень широко используются в промышленности, значение этой работы трудно переоценить. – Г.А.
Нано не обманет?
Важные результаты, вселяющие надежды на быстрый прогресс различных сверхпроводящих устройств, удалось получить сразу нескольким научным группам. Разные работы объединяет одна общая идея: нанокомпозиты, изготовленные из обычных и сверхпроводящих материалов, оказывается, способны функционировать значительно лучше, чем чистые сверхпроводники.
Сверхпроводники, как известно, обладают нулевым электрическим сопротивлением. Это позволяет получать сверхмощные магнитные поля или передавать электрическую энергию на значительные расстояния без потерь. Но, к сожалению, слишком сильный электрический ток, текущий по сверхпроводнику, или чересчур интенсивное магнитное поле разрушают сверхпроводящее состояние материала. Это обстоятельство накладывает жесткие ограничения на использование сверхпроводников. Обычные сверхпроводники, охлаждаемые жидким гелием, были открыты в начале прошлого века, а высокотемпературные аналоги, работающие при температуре жидкого азота (который в сотню раз дешевле гелия), – двадцать лет тому назад. Но, несмотря на это, обмотки моторов в наших пылесосах или линии электропередач до сих пор делают из обычной меди. Просто во многом из-за ограничений по току и магнитному полю расходы на охлаждение сверхпроводников не компенсируются выигрышем от отсутствия электрического сопротивления.