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’явуНе 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.
НанотехноинфекцияПередовым 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 шокаАризонская 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.
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 фонтанУдивительное 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.
Не исключено, что новые открытия со временем изменят эту ситуацию. В Луизианском университете в Батон-Руж изучали слои сверхпроводящего бериллия толщиной 2—30 нанометров, покрытые пленкой золота толщиной всего в половину нанометра. Ученые обнаружили, что этот бутерброд способен выдерживать в десять раз более сильное магнитное поле, параллельное пленке, чем чистый бериллий. По мнению авторов, это происходит благодаря взаимодействию тяжелых атомов золота с реализующими сверхпроводимость куперовскими парами электронов в бериллии, которое предохраняет эти пары от разрушения магнитным полем. И хотя физика этого эффекта толком еще не понятна, авторы надеются, что многослойные сверхпроводники могут сделать медицинские томографы и ускорители значительно дешевле.
Еще более обнадеживают результаты, полученные в Окриджской национальной лаборатории США. Там на подложке из гибкого металла ухитрились изготовить пленку толщиною три микрона из высокотемпературного сверхпроводника оксида иттрия-бария-меди YBa2Cu3O7, которая пронизана упорядоченными наноколоннами диэлектрика цирконата бария. Благодаря этим наноколоннам удалось заметно увеличить критический ток и критическое магнитное поле, которые разрушают сверхпроводимость пленки. Авторы считают, что наноколонны эффективно «проводят» магнитные вихри, «забирая» их из сверхпроводника. Пока примененная технология позволяет вырастить лишь небольшие образцы, но если удастся ее масштабировать и изготавливать длинные провода, то, как обещают авторы, можно будет делать сверхпроводящие линии электропередач, силовые трансформаторы, поезда на магнитной подушке и массу других устройств.
Пока ученые лишь в самом начале пути, и трудно даже загадывать когда сверхпроводящие нанокомпозиты станут коммерчески доступны. Слишком уж часто капризные сверхпроводники обманывали самые радужные надежды на быстрый прогресс. — Г.А.
Кривые вычисленияИнтересные компьютерные расчеты выполнили ученые в Техасском университете в Браунсвилле. Новый алгоритм позволил вычислить гравитационные волны, излучаемые при слиянии пары массивных черных дыр.
Несмотря на значительные усилия, уже затраченные на поиск предсказанных еще в 1916 году Общей теорией относительности Эйнштейна гравитационных волн, они до сих пор никем непосредственно не обнаружены. Даже система из трех гигантских интерферометров, построенных в США в рамках проекта LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) и приступивших к работе еще в 2001 году, не смогла их выделить на фоне шумов, создаваемых вибрациями нашей планеты. А размеры и точность этих устройств впечатляют. Длина плеча лазерного интерферометра, чутко следящего за малейшими отклонениями пробной массы, достигает четырех километров.
Но дело не только в шумах. Самые мощные гравитационные волны должны излучаться при гигантских катастрофах вроде взрывов сверхновых, столкновении и слиянии звезд, пульсаров или черных дыр. А это события редкие. И важно знать, какая волна от них побежит, чтобы легче было выделить ее из неизбежного шума. Но уравнения общей теории относительности Гильберта-Эйнштейна нелинейны, черные дыры и их гравитационные волны сильно искривляют пространство-время, возникают различные сингулярности и неустойчивости, затрудняющие вычисления. Поэтому хотя расчеты гравитационных волн и не требуют всей мощи современных суперкомпьютеров, создать для них корректный алгоритм весьма непростая задача. Тем не менее это удалось, и теперь ученые располагают мощным инструментом для предсказания колебаний кривизны пространства, которые должны возникать при слиянии черных дыр (на рисунках — результаты визуализации расчетов).
Возможно, подобные катаклизмы удастся зарегистрировать с помощью космической антенны для гравитационных волн LISA, запуск которой совместными усилиями NASA и Европейского космического агентства запланирован на 2015 год. Эта антенна будет состоять из трех вращающихся вокруг Солнца спутников на расстоянии четырехсот диаметров Земли друг от друга в вершинах равностороннего треугольника. Лазерные интерферометры будут следить за отклонениями пробных масс внутри спутников. Согласно расчетам, эта система будет в сто раз чувствительнее наземных и позволит зарегистрировать гравитационные волны самых низких частот. — Г.А.
И правда — ОНВ начале апреля самые разные слои общества взбудоражил пресс-релиз британских астрономов, работающих с информацией, поступающей от сети радиотелескопов MERLIN. В поле зрения этой системы попало облако метилового спирта, расположившееся в области Млечного Пути, химически созвучно именуемой W3(OH).