Текст книги "Журнал "Компьютерра" №724"
Автор книги: Компьютерра Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 10 страниц)
Материалы, способные к "самолечению", давно увлекают ученых и инженеров. Пожалуй, первым был предложен класс материалов, внутри которых находятся микрокапсулы с клеящим составом. Если возникает трещина, клей из разорванных капсул заполняет ее и застывает на воздухе или при смешивании с отвердителем из других капсул. Но этот метод годится лишь для жестких конструкций, он редко позволяет полностью восстановить прочность материала, и если трещина возникнет вновь, "лечить" ее будет уже нечем.
Другой известный подход, позволяющий многократно восстанавливать разрушения,состоит в использовании полимеров, модифицированных компонентами, которые способны образовывать обратимые межмолекулярные связи. Связи разрываются, например, при нагреве и полностью восстанавливаются при охлаждении. Такой твердый или напоминающий резину материал достаточно подогреть до температуры выше сотни.другой градусов, придать ему нужную форму и вновь охладить. Так легко восстановить разрушения, но это уже мало похоже на самолечение.Кроме того, подобные пластики очень непросто синтезировать.
Секрет нового метода получения эластичного, как резина, и способного к полноценному самолечению материала заключается в использовании надмолекулярных связей. Обычная резина состоит из длинных поперечно связанных между собой полимерных цепочек, благодаря которым она может сильно растягиваться, а затем восстанавливать форму. Такие же свойства материала ученые получили, смешав два сорта небольших молекул. Одни молекулы способны соединяться своими концами только с двумя другими молекулами, а другие – с тремя или более молекулами. В смеси между ними возникают водородные связи, причем первые молекулы могут участвовать только в формировании длинных цепочек, а вторые, благодаря способности к дополнительным связям, еще и образуют поперечные соединения между цепочками.
Если материал разрезать или разорвать,прочные ковалентные связи внутри молекул сохранятся, а порвутся более слабые водородные между молекулами. Концы остаются активными, и если разрыв соединить, прочность полностью восстановится примерно за пятнадцать минут. Но если упустить момент,то на месте разреза активные концы молекул постепенно начнут соединяться и возможность к самолечению будет утрачена примерно за сутки. Похожие материалы были известны и раньше, но для восстановления разорванных связей они требовали нагрева или другой активации, а в новом материале все происходит без воздействия извне и при комнатной температуре.
Казалось бы, что же тут удивительного?Вновь соединить можно два разорванных куска пластилина или жевательной резинки.Но эти материалы пластичны и могут медленно течь под действием внешних сил, у нового же материала эти свойства выражены слабо. Это даже целый класс материалов, поскольку в качестве мономеров двух сортов тут могут выступать разные молекулы, придающие веществу нужные свойства.
Новый материал легко производить из широко доступных и дешевых ингредиентов – жирных кислот растительных масел и мочевины. Он легко разлагается при нагреве, экологически безопасен, может быть использован повторно и нетребует катализаторов при производстве. ГА
Мохнатый ток
Интересную статью опубликовали в журнале Nature ученые из Технологического института Джорджии в Атланте. В работе описываются нити, ткань из которых способна вырабатывать электричество при движении.
Почти год назад мы уже писали об оригинальном "реснитчатом" наногенераторе этой научной группы (см. "КТ" #684). Но тогда речь шла лишь об устройстве для питания наноконструкций, для которого требовался внешний источник энергичных механических колебаний. За год работы ученые вышли на новый качественный уровень. Теперь созданные ими нити обещают появление тканей, одежда, или, скажем, палатки из которых будут способны подзарядить мобильник.
Наногенератор использует уникальные свойства оксида цинка, который одновременно является полупроводником и пьезоэлектриком. Из оксида цинка вокруг обычных кевларовых нитей ученые научились выращивать густую "шубу" из нановолокон диаметром 50–200 нм и длиной 3–4 мкм. После этого достаточно ворсинки другой нити покрыть тонким слоем золота,сплести ее с первой, подсоединить к их концам проводники, и наногенератор готов.
Контакт между золотым покрытием ворсинок одной нити и ворсинками из оксида цинка другой образуют диод Шоттки,пропускающий ток только в одном направлении. А когда вплетенная в ткань пара нитей трется друг о друга, ворсинки изгибаются, и на них, благодаря пьезоэффекту в оксиде цинка, образуются электрические заряды, которые через диод попадают во внешнюю цепь. Одна ворсинка способна выдать до 45 мВ напряжения, но суммарное напряжение многих миллионов ворсинок может достигнуть нескольких вольт, необходимых для питания мобильных устройств.
Согласно оценкам, один квадратный метр такой ткани сможет вырабатывать мощность до 80 мВт. Но пока эксперименты проводились лишь с парой нитей длиной всего несколько миллиметров, которые суммарно производили несколько пикоампер при напряжении несколько милливольт. И над тем, как обеспечить надежные электрические соединения тысяч таких нитей в ткани,еще предстоит поломать голову. Другая проблема заключается в том, что оксид цинка боится сырости и вряд ли выдержит стирку.Зато реснитчатый генератор можно вырастить почти на любом основании, и он обещает быть очень дешевым и экологически безопасным. Такая ткань может пригодиться туристам, военным и даже больным с кардиостимуляторами. Остается надеяться, что ученые вскоре справятся с нерешенными пока проблемами. ГА
Гравитационное электричество
Возможно, у коллекционеров необычных предметов интерьера вскоре появится возможность приобрести уникальный осветительный прибор – торшер под названием Gravia, для работы которого не нужны ни электрическая сеть, ни аккумуляторные батареи. Светится Gravia за счет действия гравитационных сил,что позволяет лампе работать в любом месте и в любое время.
Конструкцию торшера придумал выпускник Виргинского политехнического института Клэй Моултон (Clay Moulton). Основные элементы Gravia – это генератор и стержень,по которому в вертикальном направлении перемещается довольно массивный груз. Для того чтобы "включить" лампу, нужно просто поднять "гирю" вверх, после чего в дело вступает сила тяжести. Медленно перемещаясь по стержню,груз раскручивает ротор генератора, питающего десяток экономичных светодиодов. В результате конструкция дает желанный свет.
Внешне торшер напоминает колонну высотой около 1,2 метра, боковые стенки которой представляют собой акриловую линзу. Благодаря такой "уловке" удалось добиться свечения практически всей поверхности лампы, а не только той ее части,в которой размещены светодиоды. Кстати, Моултон отмечает, по мере эксплуатации лампы акрил будет стареть и превращаться в своеобразный "фильтр", блокирующий часть спектра, соответствующую синему цвету. В результате свет лампы будет становиться все более естественным.
Gravia способна выдавать световой поток в 600–800 лм в течение четырех часов. То есть интенсивность освещения примерно такая, какую дает обычная лампа накаливания мощностью 40 Вт. Моултон утверждает, что срок службы механизма Gravia составляет, ни много ни мало, двести лет (в случае использования ежедневно в течение часа). Вдобавок никаких проводов и затрат на оплату электроэнергии.
Единственное неудобство – необходимость периодического перемещения груза вверх по стрежню. Однако, считает создатель гравитационной лампы, с этой процедурой вполне можно смириться, принимая ее за такую же необходимость, как, например, разогрев чайника перед приготовлением кофе. Моултон уже подал заявку на патентование своего изобретения, однако как ни хорош этот светильник, его дальнейшая судьба окутана непроглядным мраком. ВГ
Экзопланеты на просвет
Новую планетную систему, похожую на уменьшенную копию нашего Солнца с Юпитером и Сатурном, удалось обнаружить большой международной команде астрономов с помощью метода гравитационного линзирования. Это открытие заметно повышает наши шансы отыскать похожие на Землю планеты.
Найти планеты у далеких звезд очень трудно. И хотя сегодня обнаружено почти три сотни планет и даже звезда с пятью планетами, надежных сведений о них мало. Кроме того, большинство из открытых экзопланет – гиганты, вращающиеся вблизи своих звезд (просто потому, что большие планеты легче обнаружить). Такие системы мало похожи на нашу Солнечную систему, и по ним трудно судить о шансах найти пригодные для возникновения жизни планеты.
Из всех известных способов обнаружения экзопланет практически все косвенные. Большинство основано на наблюдениях за поведением звезды, на которую влияет гравитация ее планет.
Иногда свечение звезды немного колеблется, потому что планета периодически слегка заслоняет ее. Но самый продуктивный метод, с помощью которого нашли подавляющее большинство экзопланет, – определение радиальной скорости звезд. Вращающаяся вокруг светила большая планета слегка раскачивает его, и из.за этого скорость движения звезды относительно Земли немного меняется. Это можно обнаружить по слабому качанию доплеровского смещения спектральных линий звезды.
Но для обнаружения небольшой планеты размером с Землю чувствительности этого метода недостаточно.
Пока только метод гравитационного линзирования позволяет уверенно находить небольшие планеты. Если между Землей и далекой яркой звездой вдруг окажется звезда с планетами, то, как предсказывает общая теория относительности, гравитационные поля звезды и ее планет, как линзы, заметно усилят свет далекой звезды, причем весьма характерным образом. К сожалению, попадание двух путешествующих во вселенной звезд на одну линию – событие редкое, и повторное наблюдение уже невозможно. Так были найдены лишь несколько планет, и открытие сразу двух планет у одного солнца – большая удача.
Для этого потребовались долгие усилия четырех сетей телескопов профессионалов и любителей из одиннадцати стран. Линзирование наблюдалось еще весной 2006 года, и много времени ушло на сложную обработку полученных данных.
Найденная звезда тусклее, примерно вдвое меньше нашего Солнца и находится на расстоянии около пяти тысяч световых лет от нас. Ее большая планета примерно на 30% легче и вдвое ближе к своей звезде, чем Юпитер. Вторая планета поменьше, она лишь на 10% легче Сатурна и тоже вдвое ближе него к звезде. Согласно оценкам, температура на этих планетах примерно такая же, как на Юпитере и Сатурне, поскольку их близость к светилу компенсируется его тусклостью. То есть найденная планетная система очень похожа на уменьшенную копию нашей собственной. Это позволяет надеяться, что планетные системы, подобные нашей, вполне типичны. И тут ближе к звезде могут быть еще не найденные, похожие на Землю планеты. Но чтобы их обнаружить с помощью гравитационного линзирования, звезды должны встать на одну линию. А это, увы, маловероятно.
Астрономы считают, что поискам похожих на Землю планет очень помог бы небольшой телескоп с зеркалом чуть более метра на околоземной орбите. Если его нацелить на поиски гравитационного линзирования, то благодаря исключению турбулентности атмосферы можно будет наблюдать слабые колебания свечения звезд, и наши шансы значительно возрастут. Такой телескоп можно было бы запустить уже в 2012 году, но пока положительного решения по этому проекту не принято. ГА
Зимний рекорд
Новый мировой рекорд эффективности преобразования солнечной энергии в электроэнергию силовой сети – 31,25% – установили инженеры компании Stirling Energy Systems при поддержке ученых из Национальной лаборатории Сандия в Альбукерке. Прежний рекорд – 29,4% – был установлен еще в 1984 году на похожей системе и теперь улучшен менее чем на два процента. Но в консервативной большой энергетике каждый процент на вес золота.
Быстрый прогресс полупроводниковых технологий уже позволил на экспериментальных солнечных концентраторах получать электричество с эффективностью более чем 40%. Но когда дело доходит до промышленных масштабов и учета всех сопутствующих расходов энергии – от преобразователей напряжения и насосов водяного охлаждения до питания управляющих компьютеров, то оказывается, что старые добрые тепловые машины все еще вне конкуренции. А как раз такую конечную эффективность солнечной установки измеряли ученые в ясный зимний день в пустыне штата Нью.Мексико. Любопытно, что именно холод способствовал установлению рекорда, поскольку снизил температуру холодильника тепловой машины, что благотворно сказалось на ее эффективности.
Рекордная полупромышленная солнечная электростанция способна днем выдать в электросеть до 150 кВт. Она включает шесть тарелок, набранных из 82 прямоугольных зеркал, которые концентрируют солнечные лучи на теплообменнике машины Стирлинга. В этом устройстве, запатентованном еще в 1816 году священником Шотландской церкви Робертом Стирлингом, в замкнутом цикле работает водород. Он нагревается солнцем, расширяется и толкает поршень, крутящий электрогенератор, а затем охлаждается и сжимается, давая старт новому циклу. Машины с циклом Стирлинга, благодаря бесшумности и возможности работать с внешним нагревателем, давно нашли применение в подводных лодках и в космосе, и их конструкция хорошо отработана. Улучшения, которые помогли установить новый рекорд, касались в основном зеркал, теплообменника и электрогенератора.
Компания Stirling Energy Systems уже построила в пустыне Мохаве на юге Калифорнии самую большую солнечную электростанцию общей мощностью 354 МВт. Сейчас компания налаживает серийное производство новых солнечных тарелок и планирует установить в пустыне до семидесяти тысяч таких концентраторов общей мощностью почти два гигаватта. ГА
Физика в песочнице
Удивительно, как долго, казалось бы, простые и знакомые всем явления могут ставить в тупик серьезных ученых.
Только недавно международной команде специалистов, координируемой из Института динамики и самоорганизации в Геттингене, удалось разобраться со странным поведением смеси обыкновенного песка с водой.
С детства мы знаем – чтобы куличик или песчаный замок не рассыпался, достаточно намочить песок водой. Любой старшеклассник сообразит, что мокрые песчинки "склеиваются" друг с другом за счет капиллярных сил. Но как это происходит и почему, например, механические свойства мокрого песка слабо зависят от формы песчинок и количества воды, оставалось загадкой.
Дело в том, что вода заполняет пространство между песчинками довольно сложным образом. И чтобы разобраться с возникающими при этом структурами, ученые прибегли к сравнительно новым методам трехмерной рентгеновской микротомографии.
Эксперименты проводились со стеклянными бусинами, размер и поведение которых близки к размеру и поведению "среднестатистических" песчинок. По мере добавления воды между отдельными бусинками возникали капиллярные мостики.
Чем больше становилось воды, тем большая поверхность бусинок покрывалась водяными мостиками, что увеличивало количество связей между ними. Но одновременно с ростом мостиков кривизна свободной водной поверхности уменьшалась, что вело к ослаблению капиллярных сил. Эти два эффекта компенсировали друг друга, что и объясняет слабую зависимость механических свойств мокрого песка от количества воды.
Если жидкости становилось еще больше, соседние водные мостики начинали сливаться и связывать несколько соседних бусинок в более сложные структуры. Воду добавляли еще, агломераты из бусинок росли и множились, но механические свойства "песка" по.прежнему мало менялись.
Ученым удалось обнаружить в этих нетривиальных процессах простые закономерности и описать их несложными формулами.
Теперь ученым легче предсказывать свойства мокрого песка и других разнообразных смесей из жидкостей и гранул, которые часто используются в различных технологических процессах.
Проще будет избежать образования нежелательных комков или возникновения оползней. В ближайшее время экспериментаторы собираются применить уже отработанные методы рентгеновской томографии для того, чтобы лучше понять микродинамику течения мокрого песка и других смесей. ГА
Микрофишки
Как мы писали в прошлом номере, в начале февраля песня «Across the Universe» группы The Beatles отправилась к Полярной звезде. Автор той заметки, желая поиронизировать на тему копирайта, и не предполагал, что объект для иронии был выбран неверно. Оказывается, высмеивать нужно было не рьяных борцов за авторские права, а приверженцев всеобщей, всеобъемлющей, всепроникающей безопасности всех и вся.
Доктор Дуглас Вакоч (Douglas Vakoch) из института SETI раскритиковал поступок специалистов из NASA, пославших недвусмысленное "Мы – здесь!" в направлении предполагаемой неземной расы. Вакоч считает, что нельзя сбрасывать со счетов вероятность того, что представители иной цивилизации, приняв сигнал, могут решиться на враждебную вылазку к нашей планете.
Участники проекта SETI много лет безуспешно прочесывают космос, дабы услышать голос братьев по разуму на радиочастотах. Нам, конечно, понятна потребность Института SETI в самопиаре, но, кажется, нынешний способ – это уже слишком. До этого даже военные не додумались, а ведь они мастаки выбивать бюджетные деньги для отражения очередной угрозы.
Сторонникам же Дугласа и вторящим ему специалистам для справки сообщим, что Полярная звезда расположена так далеко, что инопланетяне свалятся на наши головы не раньше, чем веков через пять, даже если армия захватчиков только и ждет начала операции и готова устремиться к Земле со скоростью света сразу после получения сигнала. Вероятность того, что возле Полярной, гигантской пульсирующей звезды, относящейся к классу цефеид, есть обитаемая планета, – невелика. Излучение Полярной нестабильно и в тысячи раз превосходит по мощности излучение нашего Солнца – этот фактор вряд ли можно назвать благоприятным для живых организмов.
Кроме того, Земля так давно шумит в радиодиапазоне, что все мы заведомо обречены. Ситуацию спасет лишь немедленный отказ от использования радио и электричества с одновременным форсированием работ по перемещению нашей планеты хотя бы к Альфе Центавра.
Секретное название проекта – Across the Universe. АБ
***
Что ожидает продавца в крупном магазине техники, если он посоветует клиенту купить понравившуюся вещь в магазине конкурента?
По всем корпоративным правилам, сотрудника следует оштрафовать, а то и уволить. Видимо, в Amazon.com придерживаются иного мнения.
C недавних пор на сайте интернет магазина проводится тестирование новой рекламной системы. Теперь покупателю, желающему приобрести тот или иной товар из разряда гаджетов или медиатехники, предлагается посмотреть предложения других онлайновых лавок. Причем предложение действует независимо от разницы в цене. Таким образом Amazon решил сократить свои розничные продажи, отдав их на своеобразный "аутсорсинг" сторонним фирмам, довольствуясь отчислениями за рекламу. Такой подход позволяет Amazon сосредоточиться на продаже медиаконтента, который не требует ни доставки, ни складского хранения. ЕВ
***
Не в правилах Microsoft отступать. После отказа Yahoo корпорация решила спрятать «пряник» (а он, напомним, тянул на 44,6 млрд. долларов) и пустить в ход более тонкие методы. Софтверный гигант обратился к фирме Innisfree M&A, которая, как предполагают аналитики, поможет Microsoft заполучить Yahoo окольными путями, надавив на акционеров. Совет директоров поисковика будет переизбираться в марте, и у Редмонда есть время , чтобы представить на суд акционеров удобные для себя кандидатуры. АЗ
***
Ряд компаний, в том числе такие тяжеловесы, как Microsoft, Intel, AMD и nVidia, в рамках Game Developers Conference объявили о создании альянса, целью которого станет продвижение ПК в качестве игровой платформы. К союзу примкнули дистрибьюторы техники, в частности Dell и Gateway, а также издатели Epic и Activision. Безусловно, со временем круг участников будет только расширяться. В США уже существует Entertainment Software Association, объединяющая разработчиков электронных забав, но столь масштабная организация, включающая вендоров и издателей игр по всему миру, создана впервые.
"Кучковаться" представителей индустрии вынудил напор производителей консолей. В то время как Nintendo не успевает подсчитывать барыши от продажи приставок и игр, в мире ПК даже толком нельзя определить, сколько денег тратят геймеры на свои развлечения. Союзники надеются, что их инициатива подстегнет рынок, а значит, и повысит доходы. Помочь этому должны усилия по стандартизации процесса разработки игр. Ведь не секрет, что простота является одним из убойных аргументов приверженцев консолей. Кроме того, сообща легче дать отпор вконец распоясавшимся пиратам. АЗ
