Шотландские ученые сгенерировали широкий спектр цветов из одного лазера, открыв новый процесс достижения суперконтинуума, электромагнитного излучения со сверхшироким спектром. Этот эффект позволяет создавать свет нужных цветов и используется в медицине, оптической коммуникации и фундаментальных исследованиях материалов.
До сих пор существовало два пути создания суперконтинуума — процесса, при котором лазерный луч одного цвета проходит сквозь материал вроде стекла и разделяется на спектр цветов — специальное оптическое волокно около одной десятой толщины волоса, которое концентрирует свет до очень высокой интенсивности; и еще более мощный свет усиленного лазера, которое фокусируют на обычное стекло.
Оба этих традиционных подхода не лишены недостатков: либо это размеры, сложность и цена высокоинтенсивного лазера, либо — точность наведения, необходимая для того, чтобы попасть светом в волокно диаметром всего две тысячных миллиметра, пишет Phys.org.

Специалисты по фотонике из Университета Хериота — Уатта продемонстрировали новый метод, сочетающий лучшее из обоих миров: цветовой суперконтиннум обычного, нелинейного кристалла с использованием только среднеэнергетических лазеров. Это фундаментально новый механизм — специально созданный кристалл из фосфида галлия запускает каскадный эффект.

«Мы осветили кристалл светом инфракрасного лазера, частота которого была преобразована в видимый зеленый цвет. Он, в свою очередь, генерирует больше зеленого света на более длинных волнах, становясь сначала желтым, потом оранжевым и так далее до красного, — пишет профессор Деррик Рейд, возглавляющий команду ученых. — Самые слабые края света генерируют зеленый на все более длинных волнах. Этого до сих пор не достигал никто».

Теперь профессор Рейд и его коллеги собираются установить, присущ ли этот эффект только фосфиду галлия и можно ли его усилить еще больше.
https://hightech.plus

Мы живём в необычное время, наблюдаем за беспилотными авто, слышим новости о запуске кораблей на Марс и пользуемся мощнейшими гаджетами, которые умещаются в ладони. За все эти и многие другие радости 21 века ответственна электроника во главе с процессорами, «электронными мозгами», которые обрабатывают команды и контролируют работу гаджетов. Сейчас я покажу вам главную машину нашей цивилизации, которая создаёт самые передовые, 7-и и 5-и нанометровые процессоры. Таких машин всего несколько в мире, каждая стоит огромных денег, а их производитель способен держать в кулаке практически весь рынок электроники.

Кто создаёт такие машины

В Нидерландах есть небольшой город Эйндховен, в котором расположена штаб-квартира компании ASML. В отличие от таких монстров рынка, как Intel или Samsung, о ней мало кто знает. Однако, именно эта компания может совершить прорыв в области микроэлектроники: ASML является единственным в мире производителем станков для фотолитографии в глубоком ультрафиолете. Точнее, эта машина называется не станок, а степпер: шаг за шагом этот сложнейший агрегат делает новейшие процессоры с размером полупроводниковых структур до 5 нанометров. Именно на столько вырастает ваш ноготь за 5 минут.

С 1995 года ASML сделала ставку на фотолитографию в глубоком ультрафиолете, и пообещала поставку первых степперов EUV мировым техногигантам к 2007 году. Однако, первые коммерческие образцы таких машин появились лишь в 2018 году. А уже в 2019 году Samsung выпустил 7-нанометровый процессор Exynos 9825 SoC, сделанный именно на степпере от ASML.

Фотолитография в глубоком ультрафиолете – самая передовая технология, которая используется при изготовлении полупроводниковых интегральных схем. Во время работы степпера рисунок с маски чертежа шаг за шагом переносится на различные части полупроводниковой пластины. После каждого шага проводится дополнительная проверка правильности позиционирования. Во время работы степпера внутри каждую секунду несколько высокоэнергетических лазеров на углекислом газе ударяют по 50 000 каплям жидкого олова, которые падают в специальную камеру. После обработки лазером каждой капли возникает плазма, которая излучает свет нужной длины волны равной 13,5 нанометров. Далее свет собирается, фокусируется и отражается от маски в ваккуме, чтобы перенести узор на кремниевую пластину.

Закон Мура гласит, что количество компонентов на конкретной площади удваивается примерно каждые два года. Фотолитография в глубоком ультрафиолете позволяет травить всё более мелкие компоненты, увеличивая количество транзисторов на чипе в соответствии с этим законом.После успешного переноса узора пластина обрабатывается реагентами, чтобы смыть часть фоторезиста и проявить рисунок на пластине. Затем к кремниевой пластине добавляются примеси для создания полупроводникового эффекта и все стадии повторяются заново до окончания создания структуры микроплаты.

Степпер от ASML состоит из 100 000 деталей, стоит около 120 миллионов долларов и поставляется в 40 грузовых контейнерах. Аналогов продукции ASML просто не существует. На сегодняшний день нидерландская компания является абсолютным монополистом в производстве самых передовых компонентов электроники. Но даже тут прогресс не стоит на месте: в ASML уже создают новое поколение степперов с лучшей оптикой, которые смогут обрабатывать больше кремниевых пластин в час. В будущих машинах планируется использовать более мощные лазеры, а частота падения капель олова увеличена с 50 000 до 80 000 Гц. Выпуск первых коммерческих моделей запланирован на 2033 год. [Brookings]
https://www.iphones.ru

4 августа 2020 года состоялась отправка в Северодвинск разработанной и изготовленной в Институте лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ для АО «ЦС «Звездочка» установки прямого лазерного выращивания.

Это событие стало завершением очередного этапа проекта «Разработка технологий прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки высокопрочных деталей судового машиностроения, эксплуатируемых в условиях Арктики», выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Результатами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, начатых в 2017 году в рамках выигранного СПбГМТУ конкурса Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на предоставление субсидий из федерального бюджета, стали:

  • технология прямого лазерного выращивания высокопрочных деталей судового машиностроения из порошковых металлических материалов;
  • созданная в СПбГМТУ технологическая установка лазерного выращивания, позволяющая многократно снизить себестоимость изготовления деталей сложной геометрии из высокопрочных материалов;
  • технология ремонта высокопрочных деталей судового машиностроения методом лазерной порошковой наплавки;
  • экспериментальные образцы деталей;
  • организация, техническое и технологическое обеспечение участка прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки на АО «ЦС «Звездочка».

Созданная в Институте лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ установка предназначена для изготовления и ремонта высокопрочных деталей судового машиностроения, эксплуатируемых в ледовых условиях Арктики, на предприятиях судового машиностроения.

Индустриальным партнером проекта является Акционерное общество «Центр судоремонта «Звездочка». Для дальнейшего использования результатов прикладных научных исследований в Центре пропульсивных систем АО «ЦС «Звездочка» создан участок прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки.

В ближайшее время специалисты ИЛИСТ СПбГМТУ совместно с представителями заказчика приступят к завершающему этапу работ по проекту - проведению комплекса пуско-наладочных работ на территориии АО «ЦС «Звездочка». Ранее специалисты АО «ЦС «Звездочка» прошли обучение в СПбГМТУ, в ходе которого познакомились с оборудованием и программным обеспечением, изучили технологию прямого лазерного выращивания, а также получили базовые навыки по программированию и управлению установкой.

Отметим, что это не единственный проект в области уникальных аддитивных технологий, создаваемых в СПбГМТУ в последние годы. Изготовленный в ИЛИСТ СПбГМТУ в рамках опытно-конструкторской работы «Движитель-Элемент» автоматизированный комплекс лазерного выращивания элементов судовых движителей (КТЛВ) в ближайшем времени будет отправлен на опытный завод «Вега» НПО «Винт», входящий в состав АО «ЦС «Звездочка».

ОКР «Движитель-Элемент» выполнялась в рамках государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений», финансируемой Министерством промышленности и торговли Российской Федерации. Разработанный в рамках проекта КТЛВ предназначен для применения на судостроительных и судоремонтных предприятиях с целью изготовления и ремонта в минимальных допусках сложных элементов судовых движителей для арктических судов и средств морской техники шельфовых месторождений.

КТЛВ «Движитель-Элемент» является полностью отечественной разработкой лазерных аддитивных технологий, по производительности превосходит мировые аналоги аддитивного производства и не имеет аналогов в мире по своей функциональности (8 синхронно управляемых осей, габариты изготовляемых изделий – до 1300 мм). СПбГМТУ приступил к серийному изготовлению машин прямого лазерного выращивания для отечественной промышленности.
https://www.smtu.ru/

Оптическая связь, передача данных с помощью инфракрасных лазеров, может помочь НАСА вернуть на Землю больше данных, чем когда-либо. Преимущества этой технологии для исследовательских и геологических миссий огромны. В поддержку миссии по демонстрации этой технологии НАСА недавно завершило установку своей новейшей оптической наземной станции в Халикала, Гавайи.

Ультрасовременная наземная станция, называемая Optical Ground Station 2 (OGS-2), является второй из двух построенных оптических наземных станций, которые будут собирать данные, передаваемые на Землю с помощью демонстрационной лазерной ретрансляции (LCRD) НАСА. Эта новаторская миссия, запускаемая в начале 2021 года, станет стержнем в первой операционной системе оптической ретрансляции НАСА.

Это будет первая ретрансляционная система НАСА, полностью использующая оптическую связь, что даст агентству возможность протестировать новый метод связи и извлечь ценные уроки из его реализации. Ретрансляционные спутники создают важные каналы связи между научными и исследовательскими миссиями и Землей, позволяя им передавать важные данные ученым и руководителям миссий на родине.

Хотя оптическая связь дает много преимуществ для миссий, она может быть нарушена такими атмосферными помехами, как облака. OGS-2 был выбран для размещения на Гавайях из-за ясного неба, но плохая погода все еще может помешать проекту. В пасмурный день LCRD придется подождать перед передачей данных. Во избежание задержек услуги могут быть переданы другой наземной станцией, разработанной Лабораторией реактивного движения НАСА — OGS-1, расположенной в Калифорнии. Для мониторинга облачности и определения необходимости OGS-1 коммерческий партнер Northrop Grumman предоставил станцию ​​атмосферного мониторинга, которая отслеживает погодные условия на площадке. Эта станция мониторинга работает почти автономно 24 часа в сутки, семь дней в неделю.

LCRD и OGS-2 продемонстрируют многочисленные возможности оптической или лазерной связи для использования в качестве ретранслятора. Оптическая связь обеспечивает значительные преимущества для миссий, включая увеличение скорости передачи данных от 10 до 100 раз по сравнению с сопоставимыми системами радиочастотной связи. Это увеличение означает получение данных с более высоким разрешением для миссий, что дает ученым гораздо более подробный взгляд на нашу планету и Солнечную систему. К преимуществам также относятся снижение потребляемой мощности, размера и веса, что подразумевает более длительный срок службы батареи, больше места для дополнительных инструментов на космическом корабле и потенциальную экономию затрат при запуске за счет более легкой полезной нагрузки.

Оптическая связь благодаря развитию LCRD и двух ее наземных терминалов может иметь далекоидущие последствия для будущих знаний о Земле и нашей Солнечной системе. Космические аппараты, оснащенные системами оптической связи, позволят быстрее возвращать на Землю улучшенные данные, такие как видео высокого разрешения, благодаря увеличению скорости передачи данных. Благодаря этим данным ученые получат возможность ближе познакомиться с нашей Вселенной и сделать новые захватывающие открытия.
https://hightech.fm

Oпepaция, пpoвeдeннaя гpуппoй иccлeдoвaтeлeй c экcпepимeнтaльнoй cтaнции Lunar Laser Ranging (LLR), pacпoлoжeннoй в Гpacce, Фpaнция, в нeкoтopoм cмыcлe нeвepoятнa. Иccлeдoвaтeли выпуcтили лaзepный луч, кoтopый пoпaл в зepкaлo, пpикpeплeннoe к кocмичecкoму кopaблю, вpaщaющeмуcя вoкpуг Луны, a зaтeм вepнулcя тудa, гдe был зaпущeн. Пoдoбныe мeтoды ужe иcпoльзoвaлиcь в пpoшлoм для выпoлнeния тoгo жe дeйcтвия (oтпpaвки лaзepa oбpaтнo в ту жe тoчку) нa нeкoтopыx зepкaлax, paзмeщeнныx acтpoнaвтaми миccий Aпoллoн нa пoвepxнocти Луны, нo этo пepвый cлучaй, кoгдa cлучилocь пoдoбнoe нa кocмичecкoм кopaблe, лeтящeм нa бoльшoй cкopocти нa paccтoянии бoлee З80 000 км. Peчь идeт o кocмичecкoм aппapaтe Lunar Reconnaissance Orbiter, кoтopый нaxoдитcя нa opбитe нaшeгo ecтecтвeннoгo cпутникa c 2009 гoдa. Kocмичecкий кopaбль мoжeт пoxвacтaтьcя бoкoвым зepкaлoм, кoтopoe нecкoлькo иccлeдoвaтeлeй пытaлиcь пopaзить в тeчeниe пocлeдниx 10-12 лeт c пoмoщью лaзepa, зacтaвляя луч вoзвpaщaтьcя oбpaтнo. Xудoжecтвeннoe пpeдcтaвлeниe Lunar Reconnaissance Orbiter Xудoжecтвeннoe пpeдcтaвлeниe Lunar Reconnaissance Orbiter Пocлe дoлгиx лeт пoпытoк этa «улoвкa» былa уcпeшнoй двaжды для oднoй и тoй жe гpуппы иccлeдoвaтeлeй: пepвый paз 4 ceнтябpя 2018 гoдa и eщe двa paзa в пepиoд c 2З aвгуcтa пo 24 aвгуcтa 2019 гoдa. B цeлoм cвeт дoбpaлcя и вepнулcя oбpaтнo зa 2,5 ceкунды. Зepкaлo LRO нe пoxoжe нa тo, чтo ecть у вac дoмa: oнo cocтoит из тpex пoвepxнocтeй, кoтopыe oбpaзуют cвoeгo poдa «пoлуoткpытый куб». Koгдa лaзep пoпaдaeт в нeгo, cвeт oтpaжaeтcя тpи paзa, пpeждe чeм вepнутьcя в тoм нaпpaвлeнии, из кoтopoгo был oтпpaвлeн. Экcпepимeнт пpoвoдилcя в уcлoвияx, кoтopыe caми учeныe oпpeдeлили кaк «идeaльныe»: Лунa, тoт жe зoнд и тoчкa вo Фpaнции, из кoтopoй cтapтoвaл лaзep, были в мoмeнт выxoдa лучa идeaльнo poвными. И этo знaчитeльнo пoвыcилo вepoятнocть кoнтaктa и тoчнoгo oтcкoкa. Чeм мoжeт быть пoлeзнa дaннaя нeпpocтaя и opигинaльнaя oпepaция? Пo cлoвaм иccлeдoвaтeлeй, этo мoжeт быть пoлeзнo для пoнимaния тaйны, oкpужaющeй зepкaлa, paзмeщeнныe нa луннoй пoвepxнocти acтpoнaвтaми NASA. Зepкaлa нecкoлькo уxудшaютcя и cтaнoвятcя вce мeнee и мeнee oтpaжaющими. Пo мнeнию учeныx, этo oбъяcняeтcя луннoй пылью, кoтopaя зaкpывaeт зepкaлa, или coлнeчным излучeниeм, кoтopoe c гoдaми кaким-тo oбpaзoм ocлaбляeт иx вce бoльшe и бoльшe. B cлучae, ecли в будущeм тaкoгo уpoвня дeгpaдaции нe пpoизoйдeт c зepкaлoм LRO, кoгдa oнo нaxoдитcя нa opбитe, вышeпpивeдeнныe гипoтeзы cтaнут бoлee убeдитeльными.
https://v-kosmose.com/

Сотрудники Токийского университета представили новый материал — тонкие пленки оксида олова с включениями тантала, — который обладает одновременно прозрачностью для видимых и инфракрасных лучей и достаточно хорошо проводит электричество. Пленки найдут применение в солнечных батареях и в качестве компонентов дисплеев.
Статья ученых опубликована в журнале Scientific Reports.
Обычно прозрачные для видимого света материалы являются изоляторами. Это, например, стекло или пластик. Однако комбинация прозрачности и проводимости была бы весьма полезной для ряда применений, включая сенсорные дисплеи и солнечные панели. В случае последних прозрачные проводящие пленки могли бы повысить их эффективность. Но до сих пор найти прозрачный материал с достаточной подвижностью носителей заряда ученым не удавалось.
Исследователи из Токийского университета теперь смогли продвинуться вперед в решении этой проблемы. За основу нового материала ученые взяли диоксид олова SnO2. Это известный полупроводник, который используется еще с 1960-х годов в качестве компонентов датчиков газа и прозрачных электродов для солнечных преобразователей. Авторы нового исследования стремились сохранить полупроводниковые свойства материала при создании из него тонких пленок.
Для синтеза пленок ученые использовали метод импульсного лазерного напыления. Он заключается в испарении гранул чистого оксида олова и контролируемом осаждении паров этого соединения на подложку из оксида титана. Такой способ синтеза позволил ученым также точно допировать материал пленки другими атомами, например танталом. В результате исследователи получили образцы толщиной от 100 до 200 нанометров.
Выяснилось, что такой материал обладает высокой подвижностью и концентрацией носителей заряда при комнатной температуре. Эти параметры обеспечивают высокую проводимость и прозрачность материала. По словам авторов работы, новые пленки могут использоваться в качестве компонентов полевых транзисторов, газовых датчиков и прозрачных электродов.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Физикам впервые удалось создать хиральный свет с произвольным угловым моментом при помощи метаповерхности. Ученые показали, что построенная система позволяет создавать свет с рекордно высоким угловым моментом. Работа опубликована в журнале Nature Photonics.
Хиральность — термин, который используют для систем, в которых отсутствует зеркальная симметрия. Часто его применяют в химии для характеристики соединений. Например, химические соединения ароматов лимона и апельсина отличаются только хиральностью, то есть они идентичные с точностью до зеркального отображения.
Физические объекты, такие как свет, тоже обладают хиральностью. В общем случае хиральный свет несет спиновый и орбитальный угловые моменты. Теоретически, эти угловые моменты можно контролировать, что ведет к созданию структурированного света, однако на практике контроль хиральности — сложная, но весьма актуальная задача. Структурированный свет можно использовать для оптического контроля молекул, метрологии и коммуникации.
Группа физиков под руководством профессора Эндрю Форбса (Andrew Forbes) из Университета Витватерсранда создала источник хирального света с очень высоким угловым моментом. Для этого ученые разработали и изготовили метаповерхности, которые представляют собой диэлектрическую среду из оксида титана, нанесенную на подложку из плавленого кремнезема. Такая метаповерхность создает различные азимутальные фазовые задержки для разных компонентов поляризации поля, что ведет к «закручиванию» света.
Источник хирального света состоял из лазера, который преобразовывал инфракрасную основную частоту Nd:YAG в видимый зеленый свет с помощью нелинейного кристалла, и метаповерхности, на которую падал зеленый свет. В результате ученым удалось создать свет с рекордно высоким орбитальным угловым моментом, который не удавалось достичь ранее.
Представленный подход для создания хирального света подходит для многих лазерных архитектур, например, построенная система может быть уменьшена до размеров чипа. Поскольку свет может нести большой угловой момент, это означает, что он может быть передан материи. Таким образом, наносистема на основе метаповерхности может служить микроскопическим оптическим гаечным ключом.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Группе ученых из Калифорнийского технологического университета удалось создать самую быструю камеру в мире — она может снимать до 70 трлн кадров в секунду. Исследование ученых Калтеха опубликовано в издании Nature.
Камера обычного смартфона снимает видео со скоростью до 1 тыс. кадров в секунду. Профессиональная аппаратура увеличивает этот показатель до 10 тыс. кадров в секунду.
Объектив, созданный учеными из Калтеха, использует сенсор, который может улавливать движение световой волны — систему CUSP (сжатая сверхбыстрая спектральная фотография). Основной принцип CUSP заключается в подсвечивании объекта съемки лучами импульсного лазера, который выпускает сверхкороткие пучки длительностью в одну фемтосекунду.
Схематическое изображение устройства
Разработчики отмечают, что этот объектив будет бесполезен для бытового использования, однако его можно будет использовать в научных исследованиях сверхбыстрых явлений. С его помощью физики будут изучать сверхкороткое распространение света, ядерные реакции и взаимодействие элементарных частиц.
Источник: https://hightech.fm/

Большинство роботизированных автомобилей, которые доступны для покупателей сегодня, оценивают окружающую обстановку при помощи камер и радаров. Такие системы позволяют оперативно отреагировать на опасность, которую не заметил водитель — например, пешехода.
Очень немногие автомобильные компании используют для повышения эффективности автономных систем еще и лидары. Они всем хороши, но есть проблема — лидары дорогие. Стоимость составляет около $75 000. Соответственно, стоимость робокара с лидаром превышает всякие разумные пределы, покупателей на такие машины немного. Volvo заявляет, что стоимость лидаров, устанавливаемых в ее машинах, не превышает $1000.
В 2022 году компания выпускает новую версию XC90, которая будет оборудована системой Highway Pilot для автономного управления на шоссе. Главный компонент этой системы — лидар, который дает автомобилю лазерное объемное компьютерное зрение.
Highway Pilot — часть большого обновления автомобильного производства Volvo. Сам проект получил название Scalable Product Architecture (SPA2). Кроме XC90, в рамках этого проекта выпускаются также модели Polestar 3 SUV и XC40 Recharge. Насколько известно, в них тоже будет автономная система с лидаром.
Радиус действия лидара — 250–500 метров, при том, что существующие на рынке аналоги «видят» не дальше 50–100 метров, а стоимость их в 75 раз выше, о чем уже говорилось выше. Лидар разработан 21-летним инженером Остином Расселом, который впоследствии основал компанию Luminar. Сейчас права на технологию принадлежат именно ей.
Что интересно, одним из первых инвесторов технологии стал фонд GVA Capital (входит в состав Global Venture Alliance, основанного российским венчурным инвестором Магомедом Мусаевым). Управляющий партнер фонда Павел Черкашин заявил в своем Facebook, что именно на инвестиции компании был построен первый завод и опытный образец лидара. После этого компанией заинтересовались и другие фонды и компании. Сейчас Luminar — «единорог», капитализация компании превысила $1 млрд.
Одним из инвесторов стала и компания Volvo, которая сейчас и использует эту технологию. По словам представителей компании, автопилот от Volvo на основе лидара не требует от водителя такого же внимания к дороге, как в случае с Autopilot от Tesla или Super Cruise от Cadillac. Лидар и другие компоненты автономной системы позволяют автопилоту отлично ориентироваться в том, что происходит вокруг, «видеть» препятствия и успешно их избегать.
Лидар очень небольшой и весит меньше килограмма, так что его размещают в верхней части лобового стекла. Несмотря на размеры, система очень точная, она значительно увеличивает надежность автопилота. Это одна из причин, которая побудила Volvo обратить внимание на лидарную технологию от Luminar.
Остин Рассел считает, что именно использование автономных систем в обычных автомобилях, а не такси или исследовательских проектах, позволит сделать автопилот привычным и доступным для всех. И чем шире будет применяться технология, тем дешевле она станет.
Глава Tesla Inc Илон Маск ранее не раз заявлял, что лидары не имеют будущего в автомобильной индустрии. Он отказался от идеи использовать технологию в электрокарах Tesla, предпочтя визуальные системы с камерами и радарами лазерному зрению.
По мнению представителей Volvo, камеры и радары плохо «видят» в плохую погоду, из-за чего порой возникают аварии. А вот лидару плохая погода не помеха. Именно поэтому, как считает глава Volvo, автономные системы на основе лидаров так же хороши в плане управления машиной, как и обычные водители.
Источник: https://habr.com/

Биоинженеры напечатали микроракету с тремя соплами, которая за счет термофореза поставила новый рекорд в скорости передвижении среди микророботов — 2,8 миллиметра в секунду. С помощью фотоакустической микроскопии ученые смогли наблюдать движение микроракеты через модельный резиновый сосуд с кровью и ткани мышиного уха.
Статья опубликована в журнале Light: Science & Applications.
Ученые уже какое-то время экспериментируют с микророботами для лечения in vivo. Наиболее удобный путь доставки таких роботов к органам — через кровеносные сосуды, так как кровеносная система проходит через весь человеческий организм.
На сегодняшний момент микророботы используются для точечной доставки лекарств и лечения опухолей преимущественно в желудке, кишечном тракте и подкожной ткани. При разработке таких роботов ученые сталкиваются в первую очередь с неэффективностью движения и малой разрешающей способностью средств детектирования, которые не позволяли определять отдельного робота с размерами менее ста микрометров.
Кровь — вязкая и быстротекущая среда, что значительно осложняет работу микроробота внутри организма. Из существующих микророботов на различных движущих силах достаточной скорости достигли лишь микророботы на химическом движении, но токсичные реагенты не позволяют использовать это в кровеносных сосудах.
Распространенные магнитные микророботы превосходны в безопасности использования и контроле управления, но малая скорость не позволяет использовать их даже в сосудах с самым медленным током крови. Более высокой скоростью среди неразрушающих и нетоксичных методов обладают микророботы, двигающиеся за счет света. Основной принцип работы таких микророботов заключен в асимметрии их фигуры, из-за которой при облучении светом разные части микроробота нагреваются по-разному и возникает явление термофореза — тело перемещается из горячей зоны в более холодную.
За движением отдельного микроробота в кровеносных сосудах необходимо следить с высокой точностью, чего не позволяют достичь современные методы (компьютерная и магнитно-резонансная томография, рентгеновское, флуоресцентное и ультразвуковое картирование). Но недавно ученые разработали метод фотоакустической томографии и успешно применили его в наблюдении за микрокапсулами, наполненными сферическими микроботами.
Ли Дай Ван (Lidai Wang) с коллегами из Городского университета Гонконга напечатал микроракету с тремя соплами для увеличения эффективности движения на основе света. Для проверки работы в естественных условиях ученые запустили микророботов в модельные резиновые сосуды, наполненные глицерином и бычьей кровью, а также в ухо анестезированной мыши. Такая микроракета может разогнаться до 2,8 миллиметров в секунду и вращаться со скоростью 138 градусов в секунду.
Ученые получили микрометровых роботов с помощью литографии из фоторезиста SU-8, заготовки затем покрывали слоем золота. Для определения местоположения микроракеты авторы использовали лазерное излучение с длиной волны в 532 нанометра, которое при попадании на микроракету возбуждает акустические сигналы, которые благодаря золоту значительно контрастируют с окружающей средой.
Передвижение микроракеты осуществляется за счет фототермального механизма: под пучком лазерного излучения в 808 нанометров слой золота генерирует тепло. В основании микроракеты больше золота, соответственно температура основания будет больше температуры вершины,из-за чего и возникает эффект термофореза.
Чтобы обосновать выбор формы, ученые сделали еще два микроробота (микростержень и микротрубку) и устроили между ними соревнования по скорости. Микротрубка двигалась быстрее микростержня из-за наличия сопла, которое добавляет к термофорезному эффекту значительный тепловой поток внутри полости. Микроракета, таким образом, оказалась быстрее микротрубки за счет трех сопел.
Авторы проследили за перемещением микророботов в 50-процентном растворе глицерина под излучением 808-нанометрового лазера — за одну секунду микроракета преодолела 777,4 микрометра, микростержень — примерно 100 микрометров, микротрубка — 260 микрометров. Биоинженеры выбрали 50-процентный раствор глицерина из-за его вязкости (4,21 микропаскаль на секунду), близкой к вязкости человеческой крови (3–4 микропаскаль на секунду). При увеличении мощности лазера с 1 ватта до 1,5 ватт средняя скорость микроробота увеличилась и достигла отметки в 2,8 миллиметра в секунду — за одну секунду проходила расстояние в 62 раза больше длины микроракеты.
Для управления ракетой ученые наводили лазер на одну из ее боковых трубок, и из-за асимметрии микроробот поворачивался в обратную сторону. Таким образом микроракета за 1,1 секунды повернулась на 152 градуса. Если же наводить лазер на все основание, то микроракета будет продолжать движение прямо. Такое управление позволит совершать точечное биомедицинское лечение.
Чтобы смоделировать движение микроробота в статичном кровеносном сосуде, ученые использовали резиновую микротрубку с диаметром в 250 микрометров, заполненную 50-процентным раствором глицерина. В такой системе микроракеты перемещались со средней скоростью в 225,3 микрометра в секунду — авторы отмечают, что это рекорд для 50-микрометровых микророботов в вязкой трубке. Биоинженеры провели опыт детектирования микроракеты в крови быка с помощью фотоакустического микроскопа — на оптическом микроскопе кровь закрыла собой микророботов, но акустический сигнал от микроракет отличался на треть от фона крови.
Кровяные сосуды в живых организмах покрыты тканями, что может сказаться на мощности лазерного излучения. Чтобы это проверить, ученые поместили микроракеты в ткани мышиного уха и успешно их обнаружили – контраст с окружающей средой оказался еще больше. Ученые считают, что у этого может быть две причины: микроракеты попали в фокус фотоакустического зонда при эксперименте в мышином ухе, в отличие от покрытия бычьей кровью, а также толстый слой бычьей крови ослабил падающий лазерный луч.
И хотя говорить о внедрении таких роботов в современное лечение человека еще рано по многим причинам (например, размеры микроракеты не позволяют перемещаться по артериям и капиллярам или лазер своим мощным излучением приводит к разрушению тканей), уже проделана значительная работа в эффективности движения и детектирования одиночных микророботов. Два года назад американские ученые сконструировали микроробота из золота и мембран эритроцитов и тромбоцитов, который способен захватывать опасные бактерии. Управлять таким роботом исследователи предлагают с помощью ультразвука.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, выяснили, что капли слюны, которые вылетают изо рта при громкой речи, висят в воздухе еще в течение 8–14 минут. За каждую секунду речи человек создает в среднем две с половиной тысячи капель диаметром 10–20 микрометров. С учетом средней вирусной нагрузки при COVID-19 около 40 процентов этих капель содержат вирусные частицы и могут заражать окружающих больного людей.
Давно известно, что респираторные вирусы могут передаваться через частички слюны при кашле, чихании или даже нормальной речи. Когда мы говорим, каждую секунду в воздух вылетают тысячи капель слюны размером от одного до 500 микрометров. В этих каплях могут находиться частицы различных вирусов и бактерий, в том числе коронавируса SARS-CoV-2. Однако роль маленьких капель, которые образуются во время речи, в передаче вируса изучена слабо.
Скорость оседания капли на поверхность зависит от ее размера и содержания нелетучих веществ (например, белков, сахаров, ДНК). На воздухе вода быстро испаряется из капли, и та начинает падать медленнее: если частица размером 50 микрометров высохнет до 10 микрометров, скорость ее падения снизится с семи до 0,35 сантиметров в секунду. Чем капля меньше и чем больше в ней содержание нелетучих веществ, тем дольше она останется в воздухе.
На вероятность передачи инфекции воздушно-капельным путем влияет также и количество вирусных частиц, которые окажутся в капле. В этом случае зависимость от размера обратная: чем капля больше, тем больше в ней вируса и тем выше вероятность заражения. Средняя вирусная нагрузка одного миллилитра слюны больного COVID-19 составляет 7 миллионов частиц. Вероятность того, что в капле диаметром 50 микрометров содержится хотя бы одна вирусная частица — 37 процентов; для частиц диаметром 10 микрометров вероятность снижается до 0,37 процентов.
Филипп Анфинруд (Philip Anfinrud) из Национальных институтов здравоохранения США и его коллеги визуализировали капли с помощью плоского луча лазера толщиной в 1 миллиметр и высотой 15 сантиметров. Через узкую щель луч попадал в темную коробку высотой 60 сантиметров, в которой вентилятор равномерно распределял частицы в воздухе.
Один из исследователей в течение 25 секунд громко повторял в коробку «stay healthy» (будьте здоровы). Эту фразу выбрали, так как при произношении звука th частицы слюны выделяются особенно активно. Через 10 секунд после окончания речи вентилятор отключали. Распределение частиц, которые появились в воздухе, записывали на видео в течение 80 минут; по количеству капель в плоском луче высчитывали общее число частиц в объеме камеры.
В начальный момент времени после отключения вентилятора в окне наблюдения (30 квадратных сантиметров) летало в среднем девять капель. Значит, во всем объеме камеры находилось более 60 тысяч частиц, а при произнесении фразы каждую секунду выбрасывалось около двух с половиной тысяч капель. Самые яркие и, соответственно, крупные частицы полностью оседали в течение восьми минут. Капли поменьше летали в воздухе в течение 14 минут.
По времени оседания капель авторы работы рассчитали среднюю скорость падения яркой частицы — 0,06 сантиметров в секунду. Эта скорость оседания соответствует частицам размером около четырех микрометров. Вода испаряется из капли в первые секунды, а первоначальный диаметр капель равнялся 12–21 микрометрам. Если вирусная нагрузка слюны больного COVID-19 составляет 7 миллионов частиц, то за одну секунду громкой речи человек выделяет по меньшей мере тысячу вирусосодержащих капель, которые продолжают находиться в воздухе не менее восьми минут.
Источник: https://nplus1.ru/

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск