Текст книги "Журнал "Компьютерра" №726"
Автор книги: Компьютерра Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 11 страниц)
При нормальных условиях метилциклогексан представляет собой жидкость, и его транспортировка, заправка и использование в автомобилях не вызывает проблем. Как и другие органические гидриды, он способен хранить 6–8 весовых процентов водорода, что лучше показателей баллонов высокого давления или других запасающих водород соединений на основе металлов.
Однако есть и ряд существенных недостатков. Для выделения водорода из метилциклогексана требуется сравнительно высокая температура – около трехсот градусов Цельсия. В обычном автомобиле это не проблема, поскольку температура выхлопных газов гораздо выше. Но эффективные топливные элементы работают при более низких температурах, и для получения водорода из органических гидридов придется расходовать дополнительную энергию на их подогрев. Кроме того, для автомобиля нужно получать 30–50 кубических метров водорода в час, и создать реактор такой мощности, сохраняя приемлемые для автомобиля размеры, пока не под силу даже смекалистым японцам.
Сейчас трудно сказать, как будет происходить переход на водородное топливо. Возможно, какое-то время будет популярен гибридный транспорт. Именно на это рассчитывают японские специалисты, планируя и дальше совершенствовать свою систему, а также разрабатывая методы получения водорода и органических гидридов с помощью ветряных генераторов и других источников возобновляемой энергии. ГА
Темная сеть
Важные результаты удалось получить большой международной команде астрономов, координируемой из Института астрофизики в Париже. Наблюдая за тысячами далеких галактик, ученые смогли с помощью тонкого метода гравитационного линзирования найти во Вселенной гигантскую сеть из темной материи.
Гипотеза о существовании загадочной темной материи родилась еще в тридцатые годы прошлого века. Уже тогда астрономы обнаружили, что звезды на периферии галактик вращаются слишком быстро и должны были бы давно разлететься в разные стороны, если бы их не удерживало дополнительное притяжение невидимого вещества. Впрочем, быть может, дело не в темной материи, а просто закон всемирного тяготения Ньютона на галактических масштабах надо подправить – такие теории тоже высказываются. Позже было обнаружено, что так же "неправильно" вращаются большие кластеры из галактик; всплыла и масса других нестыковок. Все они требовали очень разного количества темного вещества, которое больше никоим образом, кроме как гравитацией, себя не проявляет.
Кстати, недавно польские астрономы обнаружили необычную спиральную галактику NGC 4736, в которой вроде бы нет темной материи. Это открытие разом перечеркивает почти все известные теории, но пока данные проверяются, и делать далеко идущие выводы рано.
В новых наблюдениях, которые еще продолжаются, ученые решили посмотреть, как обстоят дела с темной материей во Вселенной на больших масштабах. Для этого на небе был выбран участок примерно в три сотни раз больше полной луны. За звездным небом следили с помощью самой большой 340-мегапиксельной камеры, объективом которой служит установленный на Гавайях канадско-французский телескоп CFHT с зеркалом диаметром 3,6 метра. Ученых интересовали далекие галактики, а точнее, небольшие видимые искажения их формы по сравнению с той, которая у них должна быть. Дело в том, что по общей теории относительности гравитация искривляет пространство, и присутствие темной материи должно немного отклонять лучи света от далеких галактик, а значит, и искажать их вид.
По искажениям формы галактик удалось восстановить распределение темной материи во вселенной и оценить ее среднюю плотность. Оказалось, что загадочная материя сконцентрирована в небольшие плотные сгустки и гигантские нити, простирающиеся в пространстве на сотни миллионов световых лет. Эти нити и сгустки образуют запутанную сеть, вокруг которой гравитация, в свою очередь, начинает собирать обычное вещество в виде газа и пыли. Мало-помалу вещество сжимается, порождая звезды, галактики и их скопления.
Новые данные лучше согласуются с современными теориями эволюции вселенной и с наблюдениями за реликтовым микроволновым излучением. Ранние наблюдения методом линзирования предсказывали слишком большую плотность и скученность темной материи. Эти ошибки, по-видимому, возникли из-за низкой точности определения расстояний до далеких галактик.
Сейчас ученые продолжают наблюдения, распространив их на большую площадь звездного неба. Есть надежды, что большая достоверность данных позволит лучше понять природу темной материи или скорректировать законы тяготения, действующие на вселенских масштабах. ГА
Одежка для ихтиандров
Похоже, ни одно серьезное дело уже не может обойтись без основательных компьютерных расчетов. С их помощью ученые из Ноттингемского университета вместе с коллегами из исследовательского подразделения известного производителя снаряжения для пловцов Speedo разработали костюм LZR Racer. Всего за неделю примерившие его атлеты побили три мировых рекорда.
По сравнению с прошлогодней моделью FS Pro, которая уже помогла установить 21 мировой рекорд, новый костюм снижает сопротивление воды на 5%. А это довольно ощутимо, тем более что борьба давно идет за доли секунды.
Чтобы этого добиться, сначала были отсканированы тела более четырехсот спортсменов, включая нескольких чемпионов, а затем на основе программ для расчета гидродинамики были разработаны специальные алгоритмы, позволившие детально просчитать обтекание тела спортсмена водой. Расчеты выявили те участки на теле, трение воды о которые вызывает наибольшее пассивное сопротивление. На эти зоны дизайнеры поместили специально разработанную скользкую ткань, а сам костюм так облегал и подтягивал тело спортсмена, чтобы максимально снизить сопротивление воды. Кроме того, приходилось учитывать физиологические и биомеханические особенности пловцов, что значительно усложняет задачу. Примечательно, что измерение обтекания и механических свойств самой ткани пришлось заказывать лабораториям NASA.
Успех моделирования поставил перед учеными новые задачи. К олимпийским играм 2012 года компьютерные алгоритмы будут усовершенствованы, что позволит еще точнее просчитать активное сопротивление воды, а также учесть взаимодействие тела с открытой поверхностью воды. ГА
Где прячутся лекарства?
В старые времена было понятно, почему в животных и растениях содержатся полезные для нас вещества. Творец создал этот мир для использования человеком и населил его пригодными для удовлетворения наших нужд организмами. Одних можно есть, другими – лечиться, а третьими попросту любоваться… Изложенная трактовка для нынешних времен, безусловно, наивна. Окружающие нас живые существа – не наши слуги, а наши родственники и соседи. Но ситуации, когда в них вдруг находят вещества, пригодные для управления нашими организмами, продолжают удивлять.
Представляете себе жерлянок (бесхвостых рода Bombina) – мелких "лягушечек" с защитной окраской спины и яркими разводами на брюхе? Все лето эти бесхвостые проводят у мелких стоячих водоемов, где питаются разной беспозвоночной мелочевкой и обычно не пытаются скрыться при нашем появлении. В кожном секрете этих животных содержится полипептид (маленький "белок") из четырнадцати аминокислот, названный бомбезином. У нас с вами бомбезин – регулятор желез пищеварительной системы. После того как это вещество было найдено в кожных выделениях жерлянок, его обнаружили в мозгу и вегетативной нервной системе человека и других млекопитающих. Вероятно, этот компонент яда позволяет жерлянкам нарушить пищеварение своих потенциальных врагов.
В Южной Америке и Карибском бассейне обитает животное с выразительным названием "удивительная лягушка" (Pseudis paradoxus). Такое имя лягушка получила за красивый перламутровый отлив тела и за громадных головастиков, намного превосходящих не только размеры лягушат, в которых они превращаются, но и взрослых особей. Как выяснилось недавно, в коже этих животных содержится полипептид (который называется, естественно, псевдин), способный усиливать выработку инсулина поджелудочной железой человека.
Диабет II типа, при котором больные страдают от недостатка инсулина, – распространенное заболевание. Многие больные зависят от инсулина, инъекции которого вынуждены делать по определенному графику. Так вот, появилась надежда, что вместо инсулина из шприца можно будет использовать вводимые в тело небольшие дозы псевдина. К счастью для удивительных лягушек, одинаково активными оказалось как натуральное вещество, извлекаемое из их кожи, так и его синтетический аналог.
Зачем удивительной лягушке такое вещество – чтобы помочь больным диабетом? Нет, скорее, чтобы их не жрал кто ни попадя. Что, впрочем, не должно умалять благодарность братьям нашим меньшим за их биохимическое совершенство. ДШ
Самое быстрое кино
Шведским ученым из Технологического института Лунда впервые удалось снять "фильм" о том, как возбужденный электрон покидает атом.
Обычно электрону достаточно лишь 150 аттосекунд (10–18 с), чтобы облететь вокруг ядра. Такие быстрые процессы еще никто толком не успевал разглядеть. А именно движение электронов в атомах определяет химические взаимодействия, ход ионизации (отрыва электронов от своих атомов) и многие другие электронные процессы. Говоря начистоту, просчитать, например, квантовый процесс ионизации атома с приличным количеством электронов сегодня (да и в обозримом будущем) не под силу ни одному компьютеру. И хотя есть масса прекрасных упрощенных моделей, то как движется электрон, покидая атом, до конца неясно и сегодня.
Там, где бессильна теория, приходится ставить эксперимент. В своих опытах ученые освещали облако атомов гелия, помещенных в постоянное поле, импульсом фемтосекундного инфракрасного лазера. Его осциллирующее электромагнитное поле, "с точки зрения электронов", меняется медленно. Мощность импульса подбиралась так, чтобы напряженности поля еще не хватало для отрыва электронов от атомов, но было уже достаточно, чтобы активно манипулировать ими. Одновременно с инфракрасным лазером, строго один раз за период инфракрасной волны, атомы облучались серией одинаковых коротких и мощных аттоимпульсов, которые отрывали электроны сразу у нескольких атомов. В зависимости от того, в какой момент отрывался электрон, поле инфракрасного лазера либо уносило его от атома дальше, либо, наоборот, толкало его обратно. Оторванные и ускоренные электроны постоянным полем сносились к детектору, регистрировавшему карту распределения их скоростей. Накопив данные от многих ионизаций, ученые в результате получили ясную картину квантового состояния электронов, ионизированных в определенный момент действия инфракрасного поля. Поскольку серия аттоимпульсов порождала серию одинаковых электронных пакетов, можно считать, что процесс ионизации освещался как в стробоскопе.
Новая техника "съемок" позволяет изучать не только ионизацию атомов, но и процессы рассеяния электронов на нейтральных атомах и ионах, а также квантовые состояния атомов сразу после их ионизации. Теперь у теоретиков появилась прекрасная возможность проверить свои модели и лучше разобраться в сложных квантовых электронных процессах. ГА
Новое начинание Януса
Любопытное явление удалось наблюдать химикам из Университета Северной Каролины. Оказывается, движением асимметричных микрочастиц в растворе можно эффективно управлять с помощью переменного электрическо поля. Это свойство очень пригодится биологам и технологам для работы на микро и наномасштабах и может стать основой многих новых электронных устройств.
То, что внешнее электрическое поле активно влияет на движение различных ионов и микрочастиц в растворах и электролитах, давно известно. Но такого интересного эффекта еще не доводилось наблюдать никому. Ученые взяли шарики из полистирола микронных размеров и покрыли одну их половину тонким слоем золота (на эту роль подойдет и любой другой химически стойкий металл). Такие частицы в честь двуликого древнеримского бога окрестили Янус-частицами.
Янус-частицы поместили в раствор поваренной соли, туда же ввели пару электродов и стали прикладывать к ним напряжение величиной около ста вольт, меняющееся с частотой от ста герц до десяти килогерц. После включения тока частицы сначала поворачивались так, чтобы плоскость между двумя их половинками стала параллельна электрическому полю. Затем частицы начинали двигаться вдоль электродов, перпендикулярно полю, своей пластиковой половинкой вперед – со скоростью до нескольких десятков микрон в секунду. Дело в том, что во внешнем поле металлическая поверхность частиц поляризовалась гораздо сильнее, чем пластиковая, что вызывало электроосмотическое обтекание частицы жидкостью и толкало ее в противоположном направлении.
Сейчас даже трудно представить, какие устройства можно изготовить на основе Янус-частиц. Их можно использовать и для простого перемешивания жидкости, и для сложной доставки лекарств или сенсоров по назначению, и даже для сборки наноустройств. Вдохновленные успехом ученые уже приступили к созданию теории движения ассиметричных частиц с более сложной формой и замысловатой поверхностью, а также к постановке новых экспериментов. ГА
Китайская бумага
На удивление простой способ изготовления превосходной бумаги из углеродных нанотрубок предложен в пекинском Университете Циньхуа (Tsinghua). Новая нанобумага прочна и хорошо проводит тепло и электрический ток.
Ученые давно пытаются создать некое подобие бумаги из углеродных нанотрубок. Есть методы, основанные, например, на осаждении нанотрубок из раствора в электрическом поле, которое задает их ориентацию. Однако добиться надежного сцепления нанотрубок, однородности состава и стабильной толщины слоя бумаги очень трудно.
В китайском способе сперва по отработанной технологии на кремниевой подложке выращивают густой лес из трубок диаметром 10 нм и длиной около 100 мкм, затем накрывают тонкой микропористой мембраной и прокатывают сверху стальным валиком. "Наностволы" ложатся строго в направлении прокатки, между нанотрубками образуется множество контактов, и остается только отделить бумагу от подложки и смыть мембрану спиртом.
Чтобы продемонстрировать прочность бумаги, ученые сложили из нее традиционную фигуру оригами – журавлика. Измерения показывают, что теплопроводность "нанобумаги" не хуже, чем у чистой меди, и значительно выше, чем у бумаги, полученной по другим технологиям. А это значит, что ее можно использовать в качестве теплоотводящей прослойки в чипах.
Кроме того, углеродная бумага обладает хорошо развитой поверхностью, что делает ее пригодной для использования в качестве электродов в аккумуляторах и суперконденсаторах. Такие конденсаторы могут запасать на три порядка больше энергии, чем обычные, и отдавать ее за секунды. Их все активнее используют, например, на транспорте с электрическим приводом для разгона и торможения.
Согласно легенде, бумага из хлопка была изобретена около двух тысяч лет назад именно в Китае. Как учат нас философы, история развивается по спирали, и замечательно, что китайским ученым снова удалось внести вклад в развитие передовых технологий. ГА
Игла и скрепка
Группа исследователей из компьютерной лаборатории Кембриджского университета продемонстрировала серьезнейшую уязвимость новой технологии платежных карт Chip & PIN.1 Такого рода гибридные контактные карточки, совмещающие в пластиковом корпусе микросхему и магнитную полоску, уже получили широкое распространение в Британии, Австрии и Бельгии, а многие другие государства планируют заменить ими безнадежно устаревшие карточки с одинокой магнитной полоской. Строго говоря, кембриджские специалисты показали ненадежность не столько карт, сколько терминалов, использующихся в торговых точках и банках для обработки транзакций и верификации карты, – так называемых PED (PIN entry devices – устройства ввода персонального идентификатора).
Саар Дример, Стивен Мердок и Росс Андерсон (Saar Drimer, Steven J. Murdoch, Ross Anderson) на примере двух самых распространенных в Великобритании моделей PED – Ingenico i3300 и Dione Xtreme – продемонстрировали, сколь плохо защищены данные о карте и ее владельце. Разработанная ими техника взлома носит название tapping attack ("атака через отвод") и на удивление недорога в реализации. Все, что для нее требуется, это подходящего размера игла, скрепка для бумаги и устройство для записи отводимого сигнала. Плюс, конечно, знания и умение весь этот "реквизит" собрать, воткнуть и подключить куда следует.
С помощью столь нехитрого инструментария исследователи сумели записать процедуру обмена данными между картой и процессором PED, ничуть не потревожив устройства защиты, вмонтированные в терминал. Перехваченный поток данных сразу позволяет установить PIN карты, поскольку британские банки выбрали технологию подешевле и не стали встраивать в чип средства, которые бы шифровали информацию, курсирующую между картой и PED.
Последствия атаки, надо сказать, гораздо серьезнее, нежели просто компрометация PIN-кода. Ради того, чтобы обеспечить обратную совместимость со старыми картами, терминалы считывают данные не только с чипа, но и с магнитной полоски. Это означает, что если злоумышленник сумел подсоединить иглу-отвод к каналу обмена между картой и процессором, то он получает возможность записать все данные, необходимые для клонирования карты с магнитной полосой. Вкупе с похищенным PIN-кодом это дает возможность легко изготовить фальшивую карту и с ее помощью снимать деньги со счета в банкоматах зарубежных стран, еще не перешедших на Chip & PIN. Более того, подобные банкоматы кое-где остались и в провинциальных районах Британии.
Особой критики, по мнению исследователей, заслуживает в высшей степени непрозрачный, ущербный по своей сути процесс сертификации и оценки безопасности устройств PED, отвечающих за защиту важных данных. Транснациональный гигант Visa и британская платежная ассоциация APACS, признав оба устройства безопасными и официально санкционировав их широчайшее распространение, проглядели серьезнейшие уязвимости, выявленные кембриджской командой. Более того, при выдаче сертификатов APACS и Visa прибегли к сомнительному трюку, в приличном обществе называемому подлогом. Было объявлено, что устройства PED прошли "оценку на соответствие Common Criteria", то есть международному набору стандартов для систем безопасности, принятому в Великобритании, США и других странах НАТО. На Туманном Альбионе выдачей сертификатов о соответствии Common Criteria (СС) ведает правительственная спецслужба GCHQ, аналог американского АНБ. Однако в GCHQ сообщили, что ничего не знают о терминалах PED, поскольку эти устройства никогда не сертифицировались на соответствие CC.
Тут-то и выяснилось, что "оценка на соответствие CC" и "сертификация" – две большие разницы. Результаты тестирования на предмет сертификации положено открыто публиковать, а Visa и APACS категорически отказываются предоставить кому-либо отчет об оценке безопасности терминалов. Более того, засекречены и сами инстанции, проводившие эту оценку. В ответах же исследователям, которые еще в ноябре прошлого года предупредили об уязвимости все заинтересованные стороны – APACS, Visa, изготовителей PED, – серьезность угрозы намеренно приуменьшается.
Реакция Visa, например, выглядит так: "В академической статье Кембриджа мы не увидели ничего такого, чего не знали раньше, и ничего такого, что представляло бы угрозу для безопасности карт в реальном мире". Представители же Ingenico, одного из изготовителей PED, выразились не столь высокомерно, но в том же ключе: "Метод, описанный в университетской статье, требует специальных знаний и сопряжен с техническими трудностями. По этой причине он невоспроизводим в широких масштабах и не учитывает тот мониторинг мошенничества, что применяется в индустрии"…
Один из членов кембриджской команды, профессор Росс Андерсон, сражается с порочным подходом банков и индустрии к безопасности уже два десятка лет. По поводу последней работы он говорит так: "Уроки, которые мы здесь получаем, вовсе не ограничиваются банкингом. В самых разных областях, от машин для голосования до автоматизированных систем учета медицинских данных, постоянно появляется одна и та же комбинация из глупых ошибок, фиктивных сертификаций и препятствующих исследованиям властей. Повсюду, где люди вынуждены опираться на безопасность систем, нам требуются честные процедуры оценки, результаты которых открыто публикуются и проверяются независимой экспертизой".
Стоит ли пояснять, какая из препирающихся сторон больше права. Жаль только, что далеко не в каждой стране есть Кембриджи и Андерсоны.
Новости подготовили
Галактион Андреев
Александр Бумагин
Егор Васильев
Владимир Головинов
Евгений Гордеев
Артем Захаров
Евгений Золотов
Денис Коновальчик
Игорь Куксов
Максим Мусин
Павел Протасов
Иван Прохоров
Дмитрий Шабанов
