Специалисты из Новосибирского государственного университета (НГУ) и Сколковского института науки и технологий разработали обучаемый волоконный лазер, который настраивается без участия человека. Самонастраиваемые лазеры можно использовать в машиностроении, металлообработке, системах связи и высокотехнологичной медицине, рассказали в НГУ.
«После автоматизации и предварительной подготовки процесс обучения занял один день. За это время агент научился без участия человека, самостоятельно запускать лазер и находить режимы с высоким порядком гармонической синхронизации. При этом сама настройка лазера происходит гораздо быстрее, чем при участии человека», – пояснил младший научный сотрудник лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем НГУ Евгений Куприков.
Волоконный лазер, оборудованный насыщающимся поглотителем на основе ионной ячейки из углеродных нанотрубок, разработали и собрали ученые лаборатории наноматериалов Сколковского института науки и технологий, пишет ТАСС.
Выяснилось, что управлять характеристиками насыщающегося поглотителя можно, подавая напряжение на ячейку из нанотрубок. Это в свою очередь предоставляет дополнительную степень свободы в управлении лазером. Также оказалось, что в таком лазере можно получить режимы гармонической синхронизации мод. При ней наблюдается кратное увеличение частоты повторения импульсов в режиме, отметили в пресс-службе.
Но для того, чтобы получить режимы гармонической синхронизации мод большого порядка, нужно вмешательство человека для настройки лазера. В НГУ создали алгоритм, который способен обучать систему самостоятельно запускать лазер, а также находить режимы с высоким порядком гармонической синхронизации. «Более того, агент сумел научиться получать режимы гармонической синхронизации мод 11-го порядка, в то время как человеку удалось достичь лишь 9-го порядка» – отметил Куприков.
В университете уточнили, что волоконные лазеры с синхронизацией мод – это нелинейные оптические системы, которые обеспечивают генерацию сверхкоротких импульсов с высокой частотой повторения. При одних и тех же параметрах в зависимости от стратегии настройки параметров резонатора могут существовать разные импульсные режимы. Подчеркивается, что настройка подобных систем поддается автоматизации с трудом.
Источник: https://profile.ru/

Инженеры использовали метод медленного отверждения для создания роборуки «совсем как у человека». Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) создали самую человеческую роботизированную руку с костями, связками и сухожилиями, изготовленными из различных полимеров. Устройство создано с помощью новой технологии, которая сочетает 3D-печать с лазерным сканером и механизмом обратной связи.
3D-принтеры обычно создают объекты слой за слоем: сопла наносят заданный материал в вязкой форме в каждую точку. После этого под воздействием УФ-лампы каждый слой быстро затвердевает. Предыдущие методы включали устройство, которое соскребало неровности поверхности после каждого отверждения. Это работает только с полиакрилатами. Медленно затвердевающие полимеры, такие как тиолы и эпоксидные смолы, могут заклеить скребок.
Чтобы использовать при печати и медленно отверждающиеся гибкие полимеры, исследователи усовершенствовали 3D-печать, добавив лазерный сканер, который немедленно проверяет каждый напечатанный слой на наличие неровностей поверхности. Механизм обратной связи компенсирует нарушения при печати следующего слоя, вычисляя и корректируя количество печатного материала в реальном времени и с высокой точностью.
Для демонстрации возможностей технологии исследователи напечатали роботизированную руку с костями, связками и сухожилиями, изготовленными из разных полимеров. Ее было бы невозможно создать из быстроотверждаемых полиакрилатов, которые традиционно использовали в 3D-печати.
Сейчас мы используем тиоленовые полимеры медленного отверждения. Они обладают очень хорошими эластичными свойствами и гораздо быстрее возвращаются в исходное состояние после изгиба, чем полиакрилаты. Это делает тиоленовые полимеры идеальными для изготовления эластичных связок роботизированной руки, – Томас Бухнер, аспирант ETH Zurich и соавтор исследования.
Источник: https://hightech.fm/

Благодаря новому методу стала возможной сварка материалов с различными физическими свойствами, что до сих пор считалось невозможным. Метод разработан в Российском химико-технологическом университете (РХТУ) им. Д. И. Менделеева. Основой этого нового метода является использование лазерного луча, который точно направляется на границу соединяемых материалов. Под воздействием лазера происходит нагрев и диффузия материалов, что приводит к созданию прочного соединения.
Преимущества такого подхода очевидны: высокая точность, минимальные воздействия на окружающие материалы и возможность сварки разнородных материалов.
Традиционные методы сварки могут столкнуться с проблемами, когда необходимо сварить материалы с разными характеристиками, такими как стекло и металл. Разница в структуре и свойствах этих материалов может привести к образованию трещин и слабым сварным швам. Новый метод, основанный на лазерной сварке, позволяет справиться с такими сложностями.
В рамках исследования нам удалось продемонстрировать прочное соединение таких разнородных материалов, как кварцевое стекло и сплав железа и никеля, фосфатное стекло и магниевоалюмосиликатный ситалл, а также соединение двух кристаллов иттриево-алюминиевого граната. Несмотря на то, что коэффициенты теплового расширения отдельных компонентов отличались в сотни раз, была достигнута крайне высокая прочность соединения, а анализ химического состава сварных швов позволил обнаружить отчетливые признаки взаимной диффузии материалов, которая, в свою очередь, и позволяет обеспечить формирование такого прочного соединения, ― Владимир Сигаев, заведующий кафедрой химической технологии стекла и ситаллов РХТУ им. Д. И. Менделеева.
Разработка российских ученых открывает широкие перспективы не только для промышленных отраслей, таких как машиностроение, авиация и энергетика, но и для научных исследований. С помощью нового метода возможно создание уникальных компонентов для аэрокосмической техники, лазерных систем высокой мощности и других сложных устройств.
Уникальные возможности сварки стекла и металла открывают новые перспективы в создании инновационных изделий, которые смогут работать в самых экстремальных условиях, обладая высокой прочностью и долговечностью.
Источник: https://vsluh.net/

Исследователям из Мюнхенского технического университета (Германия) удалось измерить вращение Земли более точно, чем когда-либо раньше. Для этого они использовали кольцевой лазер геодезической обсерватории Ветцелль. Измерения позволят определить положение Земли в космосе и будут важны для климатических исследований.
Известно, что Земля вращается вокруг своей оси со слегка изменяющимися скоростями. Сама ось также не совсем статична и немного колеблется. Это связано с тем, что наша планета не полностью твердая и состоит как из плотных, так и из жидких веществ.
«Внутренности Земли постоянно находятся в движении. Эти изменения массы ускоряют или тормозят вращение планеты», – пояснили ученые.
Ученые TUM усовершенствовали лазер и разработали новый корректирующий алгоритм, благодаря которому прибор способен измерять вращение Земли с точностью до долей миллисекунды в сутки.
Усовершенствования также позволили значительно сократить периоды измерений. Теперь ученые получают новые данные каждые три часа. В целом колебания вверх и вниз достигали значений в шесть миллисекунд примерно за две недели. Ученые отметили, что планируют продолжать работу над лазером и еще больше сократить периоды измерений, сообщает Nature Photonics.
Ранее стало известно, что вращение Земли ускорилось. Чтобы компенсировать этот эффект, к 2028 году придется вычесть одну секунду.
Источник: https://mir24.tv/

Физики из МФТИ и Физического института имени П. Н. Лебедева представили новую схему для производства микроскопических приборов в виде комбинации асферической микролинзы и массива микролинз, полученных методом двухфотонной литографии. Полученные результаты имеют широкий спектр применения в производстве сложных оптических устройств, оптимизированных микрообъективов для высокоточного измерения кривизны волнового фронта и изготовления преломляющих рентгеновских линз.
Работа опубликована в журнале Physics of Wave Phenomena.
Развитие технологий в астрофотонике, нанофотонике, оптоэлектронике и других областях потребовало повысить качество получаемых изображений. Это привело к появлению нового поколения микрооптических устройств, а именно — матриц микролинз. Массивы микролинз (также называемые микролинзовыми матрицами или матрицами линз) используются для увеличения коэффициента оптического заполнения. Эти системы линз служат для фокусировки и концентрации света на поверхности фотодиода вместо того, чтобы позволять ему падать на нефоточувствительные области устройства.
Благодаря своим функциональным возможностям, малому размеру, легкому весу и низкой стоимости матрицы микролинз приобрели большую известность и применимость. Тем не менее производство таких объектов остается нелегкой задачей. Существует множество способов производства, но каждому из них свойственны недостатки.
Например, травление сфокусированным ионным лучом и электронно-лучевое травление сравнительно сложны и дороги, технология микроэлектроэрозионной обработки требует специальной подготовки компонентов для достижения высокого качества изделия, а термолитография и УФ-лазерная фотолитография с прямой записью требуют точного контроля тепла и других внешних параметров.
Алексей Витухновский, заведующий лабораторией технологий 3D-печати функциональных микроструктур МФТИ, поясняет: «Асферические микролинзы и матрицы микролинз позволяют повысить эффективность различных оптических устройств. Однако производство таких изделий технологически сложно. Проблема возникает из-за невозможности изготовления микролинз произвольного профиля в области характерных размеров в несколько десятков микрометров с использованием традиционных технологий, таких как одноточечное алмазное фрезерование и термическое оплавление. В своей работе мы точно выверили комбинацию асферической микролинзы и массива микролинз, сделанных нами методом прямой лазерной записи с двухфотонной полимеризацией. Эта структура была нами спроектирована и оптимизирована с использованием методов компьютерного моделирования».
Для создания массива микролинз ученые использовали технологию многофотонной литографии (также известной как прямая лазерная литография, или DLW). Решение авторы объяснили сравнительной легкостью в реализации и дешевизной технологии.
Источник: https://naked-science.ru/

По словам гендиректора ГНЦ РФ ТРИНИТИ Кирилла Ильина, проведенные испытания показали, что применение лазерных технологий для удаления нефтяной пленки на поверхности воды может стать перспективным методом ликвидации аварийных разливов в Арктике

Ученые Росатома впервые испытали мобильный лазер для очистки водной поверхности от нефти. Как сообщает пресс-служба научного дивизиона госкорпорации, результаты испытаний доказали, что уникальный лазерный комплекс позволяет дистанционно, эффективно и быстро ликвидировать аварийные разливы нефтепродуктов.

Эксперимент проводился в акватории Охотского моря у побережья острова Сахалин. Для выжигания нефтяного пятна использовалась лазерная установка, разработанная в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», входит в госкорпорацию «Росатом»). В ходе испытаний мобильный лазерный комплекс разместили на палубе грузового судна. Чтобы исключить попадание горючих веществ в воду, для имитации нефтеразлива экспериментаторы построили специальную конструкцию — плот с закрепленными на нем листами пеноплекса, покрытый сверху листами рубероида. На рубероид нанесли слой специальной смеси повышенной вязкости из сырой нефти и битума, чтобы исключить возможность ее вытекания и попадания в море. Специалисты института подожгли лазером горючую смеси на плоту с расстояния около 300 м.

«Проведенные испытания показали, что применение лазерных технологий для удаления нефтяной пленки на поверхности воды может стать перспективным методом ликвидации аварийных разливов в Арктике, где из-за низких температур невозможно использовать биологические методы, а работе нефтесборщиков мешает лед. Отечественный лазер позволит проводить работы по очистке безопасно и оперативно», — уверен генеральный директор ГНЦ РФ ТРИНИТИ Кирилл Ильин, чьи слова приводятся в сообщении.

После завершения испытаний специалисты института планируют построить опытный образец лазерного комплекса, который будет размещен на палубе судна, работающего на Северном морском пути.

Источник: https://nauka.tass.ru/

Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) добились значительного прогресса в области 3D-печати, разработав методику, позволяющую создавать металлические наноструктуры размером всего в 150 нанометров, что сопоставимо с размерами вируса гриппа. Эти структуры обладают прочностью в 3-5 раз выше, чем у макроскопических аналогов. Открытие, опубликованное в журнале Nano Letters, открывает новые перспективы для разработки наносенсоров, теплообменников и других нанотехнологических устройств.
Ведущий автор исследования Вэньсинь Чжан (Wenxin Zhang) отмечает: «На атомарном уровне эти наноматериалы имеют очень сложную микроструктуру». В макроскопическом масштабе такая неупорядоченность атомов привела бы к существенным дефектам, делая материалы слабыми и низкокачественными. Однако на наноуровне этот беспорядок оборачивается преимуществом, увеличивая прочность материала.
«Обычно носитель деформации в металлических наностолбиках — это дислокация или сдвиг — распространяется, пока не сможет выйти на внешнюю поверхность. Но в присутствии внутренних пор распространение быстро прекращается на поверхности поры, а не продолжается через весь столбик. Как правило, инициировать носитель деформации сложнее, чем позволить ему распространяться, что объясняет, почему данные столбики могут быть прочнее своих аналогов», — объясняет Чжан. Это свойство делает наноструктуры неожиданно прочными.
Технология создания наноматериалов включает в себя работу с фоточувствительной смесью, содержащей гидрогель, которую затем затвердевают лазером, создавая 3D-каркас в форме желаемых металлических объектов. В этом исследовании объектами были серии микростолбиков и нанорешёток. Затем гидрогелевые детали пропитывают водным раствором, содержащим ионы никеля.
После насыщения металлическими ионами детали обжигают до полного выгорания гидрогеля, оставляя части в той же форме, что и оригинальные, но уменьшенные и состоящие полностью из металлических ионов, теперь окисленных (связанных с атомами кислорода). На последнем этапе атомы кислорода химически удаляют из деталей, превращая металлический оксид обратно в металлическую форму.
«Во время этого процесса одновременно происходят все термические и кинетические процессы, и они приводят к очень сложной микроструктуре. Вы видите дефекты, такие как поры и нерегулярности в атомной структуре, которые обычно считаются дефектами, уменьшающими прочность. Если бы вы строили что-то из стали, например блок двигателя, вы бы не хотели видеть такую микроструктуру, потому что она значительно ослабила бы материал», — рассказывает Джулия Р. Грир (Julia R. Greer), профессор материаловедения, механики и медицинской инженерии Caltech и руководитель лаборатории, где проводилось исследование. Однако в данном случае эти дефекты, напротив, увеличивают прочность материала на наноуровне.
Процесс 3D-печати металлических структур на наноуровне, по словам Грир, может найти применение в создании множества полезных компонентов, включая катализаторы для водорода, электроды для хранения аммиака и других химикатов без углерода, а также важные части устройств, таких как сенсоры, микророботы и теплообменники.
Это открытие подчёркивает необычные свойства материи на наноуровне и предвещает революцию в создании нанотехнологических устройств. «Физика на наноуровне действительно странная, и чем глубже мы погружаемся в этот мир, тем чаще сталкиваемся с необычными законами», — заключает Чжан. Это напоминает о том, что наука и технологии неустанно движутся вперёд, открывая новые возможности для применения наноматериалов в различных сферах, от медицины до космических исследований.
Источник: https://3dnews.ru/

Ученые Российского химико-технологического университета (РХТУ) имени Менделеева разработали способ лазерной сварки разнородных материалов, например стекла с металлами, для применения в высокотехнологичных отраслях, сообщили РИА Новости в пресс-службе вуза.
«В связи с устойчивой тенденцией к миниатюризации оптических, аналитических и электронно-цифровых устройств одним из важных и перспективных направлений является применение фемтосекундных лазеров для соединения разнородных по свойствам деталей при производстве подобных устройств. Такой инновационный метод сварки был разработан на кафедре стекла и ситаллов РХТУ им. Менделеева», — говорится в сообщении.
Суть процесса заключается в фокусировке лазерного излучения в область микронного размера на границе двух соединяемых элементов, пояснили в пресс-службе. Это приводит к локальному разогреву материалов и их взаимной диффузии, что позволяет прочно соединять даже детали самых малых размеров из разных материалов.
Как рассказали в РХТУ, технологии прочного и надежного соединения прозрачных стекол и кристаллов друг с другом, а также с металлами представляют большой интерес при создании компонентов аэрокосмической техники, волоконных устройств, лазерных систем высокой мощности и устройств, работающих в высокотемпературных или химически агрессивных условиях.
Заведующий кафедрой химической технологии стекла и ситаллов РХТУ Владимир Сигаев рассказал, что ученым удалось продемонстрировать прочное соединение таких разнородных материалов, как кварцевое стекло и сплав железа и никеля, фосфатное стекло и магниевоалюмосиликатный ситалл, а также соединение двух кристаллов иттриево-алюминиевого граната.
«Несмотря на то, что коэффициенты теплового расширения отдельных компонентов отличались в сотни раз, была достигнута крайне высокая прочность соединения, а анализ химического состава сварных швов позволил обнаружить отчетливые признаки взаимной диффузии материалов, которая, в свою очередь, и позволяет обеспечить формирование такого прочного соединения», — приводит слова Сигаева пресс-служба.
Подобные способы соединения деталей с использованием стеклоприпоев, стеклоцементов и стеклокомпозиций широко применяются в вакуумной электронике. Причем последнее время наряду с тенденцией к миниатюризации производства происходит постоянное повышение требований к чистоте используемых материалов, рассказали в университете. Часто приходится напрямую соединять друг с другом детали крайне малого размера со значительно отличающимися температурными параметрами. В таких условиях применение ультракоротких лазерных импульсов иногда становится единственным способом соединения элементов.
Как напомнили в пресс-службе РХТУ, первые лазеры появились более 70 лет назад, и сегодня они применяются практически во всех сферах жизни – от медицины до фотоники. Считыватели штрих-кодов, принтеры, дальномеры и гироскопы работают с помощью лазеров. Лазерная техника постоянно развивается, а в течение последних двух десятилетий все более широкое применение получают лазеры ультракоротких импульсов, длительность излучения которых выражается в фемтосекундах.
Одна фемтосекунда составляет всего одну миллионную миллиардной доли обычной секунды.
Особые свойства таких ультракоротких импульсов позволяют локально изменять структуру и свойства материалов путем воздействия не только на поверхность изделия, но и в объеме его внутренней структуры, приводя к возникновению новых свойств, не свойственных исходному материалу.
Источник: https://ria.ru/

Носимые цельнопечатные катушки на текстильной основе для беспроводной передачи энергии для быстрой беспроводной зарядки носимых устройств
Мультимодальный электронный текстиль на основе графена, способный вести обмен информацией через различные сенсорные интерфейсы, например, зрительные и слуховые, был впервые разработан совместной исследовательской группой из Кореи, 26 октября сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу Корейского передового института науки и технологий (KAIST).
Исследователи под руководством ведущего научного сотрудника кафедры нанотехнологий производства из Корейского института машин и материалов (KIMM), входящего в KAIST, Сунгына Квона и профессора кафедры машиностроения KAIST Ён-Джин Кима впервые в истории разработали настраиваемый электронный текстиль на основе графена.
Результаты исследования нового материала были представлены в статье «Мультимодальный электронный текстиль, созданный с помощью одноступенчатого безмаскового нанесения рисунка из графена, индуцированного фемтосекундным лазером, на нетканый, трикотажный и тканый текстиль», опубликованной в журнале ACS Nano.
В настоящее время для нанесения рисунка проводников при изготовлении электронного текстиля используются токсичные химикаты или оптические маски. Объединенная исследовательская группа корейских ученых использовала для этих целей технологию лазерного прямого нанесения на электронном текстиле рисунка лазерно-индуцированным графеном.
При изготовлении электронного текстиля по существующим технологиям на ткань наносится рисунок из токопроводящих чернил и затем производится переплетение ее с обычными нитями или же на обычную ткань наносится тонкий функциональный слой.
Ткани, произведенные этими сложными технологическими методами, обладают низкой гибкостью. Кроме того, в процессе их производства может произойти утечка вредных химических веществ, что затрудняет массовое применение таких технологий.
Новая технология, разработанная корейскими учеными, лишена этих недостатков. Электронный текстиль в этом случае изготавливается экологически чистым способом, не требуя ни использования химикатов, ни какой-либо дополнительной обработки.
Она может быть масштабирована для использования при производстве промышленной и военной одежды, которая будет контролировать состояние организма, а также для производства специализированной «умной» одежды для терапии некоторых болезней.
Главный исследователь из KIMM Сунгын Квон пояснил: «Эта технология была разработана путем анализа структуры обычных тканей и реализации их в виде материалов на основе графена, которые обладают расширенными характеристиками оптимального электронного текстиля».

Источник: https://rossaprimavera.ru/

Оптоакустическая ангиография — это перспективная технология медицинской диагностики, сочетающая в себе оптический контраст с пространственным разрешением и глубиной исследования ультразвука. Метод базируется на облучении биологических тканей короткими лазерными импульсами. Поглощение этих импульсов такими тканевыми хромофорами, как гемоглобин, приводит к их быстрому нагреву и последующему расширению, что создает ультразвуковые волны, регистрируемые на поверхности кожи.
Эти данные затем обрабатываются с помощью реконструктивного алгоритма, который визуализирует кровеносные сосуды. Однако до недавнего времени качественная оптоакустическая ангиография была невозможна из-за проблемы ограниченного угла обзора коммерческих ультразвуковых антенн.
В 2023 году сотрудники Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН представили решение этой проблемы, разработав новый оптоакустический прибор, обеспечивающий угол обзора в 128°. Центральным элементом прибора является фокусирующий детектор, выполненный из поливинилиденфторида (ПВДФ) — полимерного материала с рядом выдающихся характеристик: гибкость, высокая чувствительность, широкополосность и акустическое сопротивление, близких к биотканям.
Широкое угловое покрытие нового оптоакустического прибора позволило исследователям «обхватывать» сосуды, рассматривая их с различных сторон. В рамках экспериментального исследования на модели рака почки прибор продемонстрировал свои превосходные возможности, обеспечивая детализированное изображение сосудистой системы экспериментальной опухоли.
Оптоакустическая визуализация, особенно с учетом новых технологических достижений, открывает путь для прогрессивных исследований в области экспериментальной онкологии. Исследование ангиогенеза – процесса формирования новых кровеносных сосудов – теперь может стать более точным и информативным, что обещает новые перспективы в борьбе с раком. Работа нижегородских исследователей – это лишь начало долгого пути исследований в этой области.
Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке НЦМУ «Центр фотоники», при финансировании Министерством науки и высшего образования РФ, соглашение № 075–15–2022–316.
Авторы разработки: А.А. Курников, Г.П. Волков, А.Г. Орлова, А.В. Ковальчук, Ю.А. Хоченкова, Д. Рязанский, П.В. Субочев.
Результат опубликован: Kurnikov, A. et al. Fisheye piezo polymer detector for scanning optoacoustic angiography of experimental neoplasms. Photoacoustics 31, 100507 (2023)
Источник: https://scientificrussia.ru/