Невероятная наука

Попытки использовать энергию человека для питания электричеством какие-то навешанные на него приборы, прежде всего медицинские, предпринимают нередко. Вот очередная. На сей раз она состоит в использовании человеческого тела для выработки электричества в прямом смысле слова: для работы генератора нужна соленая вода и кислород, а они оба есть в крови.

Автономные системы, беспилотники, самоуправляемые автомобили, роботы-доставщики в первую очередь нуждаются в совершенных видеокамерах. Группа южнокорейских исследователей воплотила принципы устройства кошачьего глаза в конструкцию новой видеокамеры с усовершенствованной линзой и датчиками света. Ученые также построили математическую модель своей оптической системы и оптимизировали ее. Камера способна при разном освещении видеть даже замаскированные объекты.

Роботизированные пальцы и захваты давно не новость в научных лабораториях. Эти мягкие роботы могут двигаться, как пальцы рук, но не настолько чувствительны, как нужно, например медикам. Поэтому одна из важных задач робототехники состоит в оснащении устройств датчиками, чувствительность которых сравнима с человеческой. Недавно инженеры создали палец с двумя слоями проводящих катушек, которые перемещаются друг относительно друга. Взаимодействие их магнитных полей позволяет точно определять жесткость предметов, просто нажав на них.

Кашалоты, крупнейшие зубатые киты, как и многие млекопитающие, общаются с помощью звуков. Чтобы расшифровать их язык, ученые намерены собрать до миллиарда качественных аудиозаписей, сделанных в океане при хорошо известных условиях. Но найти китов, тем более заранее знать, где они всплывут, чрезвычайно сложно. Группа ученых применила систему искусственного интеллекта, чтобы обнаруживать китов с помощью автономных беспилотников и предсказывать, где и когда они всплывут. Для обучения ИИ инженеры использовали данные различных подводных датчиков, а также информацию воздушных дронов.

Универсальный робот должен легко переключаться между задачами, однако обучение такого устройства остается проблемой. Сегодня инженеры сначала собирают данные для конкретной задачи, а затем тренируют робота в контролируемой информационной среде. Сложность в том, что обученному интеллекту трудно адаптироваться к новым задачам и среде. Исследователи Массачусетского технологического института разработали универсальную методику обучения, которая объединяет в единую систему разнородные данные множества источников. Авторы нового подхода черпали вдохновение в больших языковых моделях типа знаменитого ChatGPT.

Дорогая зола и шлаки служат традиционными добавками к изделиям, напечатанным на бетонном 3D-принтере. Инженеры исследовали, как влияют наноразмерные включения на более дешевые бетонные смеси с известняком и прокаленной глиной в качестве добавок. Также исследователи вводили в смеси нанопластинки графена, который обладает исключительной механической прочностью. Оказалось, что примесь графена в оптимальном к весу цемента соотношении 0,05% увеличивает предел текучести смесей, а также модуль упругости изделий, например повышает прочность бетона на сжатие на 23%.

В традиционной электронике для соединения слоев многослойных чипов обычно используют отверстия, которые при деформации материала могут изменять свою форму. Исследователи разработали новый метод получения соединений для мягких печатных плат. Чтобы сформировать непрерывный и гибкий проводник, связывающий прилежащие к друг другу слои платы, ученые использовали лесенку микрокапель жидкого металла. Специалисты научились направленно и контролируемо создавать ее внутри еще не отвержденной заготовки. Метод дает возможность создавать гибкие схемы сложной архитектуры со множеством проводящих каналов и связывать слои в разных плоскостях.

Инженеры создали 3D-принтер, который может автоматически измерить помещение, например цех или комнату, и прямо на месте напечатать необходимые для него предметы. Прототип с пару обувных коробок, с рукой для подачи биопластика перемещается по помещению, сканирует его с помощью лазера и строит его трехмерную модель. Ее можно редактировать и добавлять в нее разные предметы. Затем принтер перемещается в указанное место и печатает объект. Прибор способен создать такие детали интерьера, как указатели, вазы, ступеньки лестниц, подставки, миски для животных и пр. Сейчас инженеры работают над тем, чтобы принтер смог удалить свои объекты и переработать их пластик.

Мягкие пневматические датчики, в которых сигнал передается давлением жидкости, нужны там, где применение электричества нежелательно, например из-за опасности взрыва или в сильных электромагнитных полях. Исследователи впервые разработали панель таких датчиков из листа силикона размером в несколько сантиметров с 32 прямыми жидкостными каналами в доли миллиметра. Измерение динамики сопротивления потоку жидкости в каждом канале позволяет точно определить область, величину и скорость деформации панели при внешнем воздействии. Мягкий тачпад чувствует два одновременных прикосновения и даже определяет буквы, прочерченные на нем пальцем. Прежде всего он пригодится в медицине.

Чтобы выяснить, как работает мозг наряду с картами нейронных связей ученые стали использовать искусственные нейросети. Исследователи построили копию зрительной системы плодовой мушки, где каждый искусственный нейрон и синапс соответствуют нейрону и синапсу в ее мозге. После глубокого обучения сети выявлению движений на видеороликах, нейрофизиологи смогли сопоставить реакции сети с возбуждением отдельных нейронов. Работа открывает путь к объединению данных разных источников о строении и работе мозга, а также к проверке гипотез о природе мышления.

Подделки занимают 15% рынка полупроводников и ставят под угрозу безопасность многих отраслей. Ученые разработали и запатентовала оптический метод поиска фальсификаций, который использует ИИ. Контрафакт определяют по характеристикам заранее встроенных в чип золотых наночастиц. Чтобы проверить возможности метода ученые смоделировали поведение наночастиц при разных способах фальсификации. Эксперименты показали, что контроль длится доли секунды и дает точность выявления подделки 97,6%, что на десятки процентов превосходит показатели всех известных методов.

Современные автомобили с автопилотом содержат пользовательский интерфейс с кнопками для передачи команд и требуют от водителя более четких словесных формулировок, чем в разговоре с человеком. Группа ученых применила ChatGPT и другие чат-боты в качестве посредника между водителем и автопилотом. Цель состояла в том, чтобы последний понимал команды, даже если они лишь подразумеваются. Эксперименты прошли успешно, водители испытывали меньший дискомфорт в сравнении с поездкой без чат-бота. Перед внедрением нового метода нужны дополнительные проверки и разрешения регулирующих органов.

Депрессия сильно меняет физиологические реакции организма, но обнаружить ее, особенно на начальных стадиях, не так просто, как может показаться. Ученые разработали несколько ИИ приложений для смартфона, которые смогут предупреждать о склонности владельца к депрессии. Первое отслеживает динамику диаметра зрачков, второе определяет эмоции по движениям лицевых мышц и жестам головы. Интересно, что в начале работы ученые не знали, какие именно жесты и движения глаз характерны для болезни. Авторы убеждены в будущем своих систем мониторинга психического здоровья.

В родственном оригами японском искусстве прорези в сплошном материале позволяют ему легко складываться и менять свой объем. Дизайн киригами воплошен в многофункциональном микророботе из двухмерного метаматериала, который состоит из сотни шестиугольников диоксида кремния. Эти блоки организованы в ячейки, которые могут расширяться и сжиматься за десятую секунды. Робот принимает программируемую форму и ползает. Он может даже обернуться вокруг другого объекта и снова развернуться в лист. Применения конструкции очень широки.

Многие биогибридные роботы используют животные или растительные клетки, но жизнь их обычно коротка. Ученые использовали грибницу, как простой и надежный компонент периферийного мозга двух новых роботов. Ощущающий окружающую среду мицелий выдавал напряжение, похожее на потенциал действия нейронов мозга и управлял двигателями колесного робота и приводами мягкого робота с пятью ногами. Входным сигналом для грибницы был свет, но в будущем им станут химические вещества. Они позволят роботам успешно реагировать на окружающую среду.

Пока скептики, заслышав о превращении атмосферного СО₂ в моторное топливо, вертят пальцем у виска, инженеры делают свою работу. Например, в германском Юлихе в июне 2024 года открыли первую промышленную станцию, которая с помощью солнечного тепла превращает воду и углекислый газ в синтетическое топливо.