Цікавості

Дослідники ІВМ разом з науковцями з кількох університетів продемонстрували, як квантовий комп’ютер може багаторазово вимірювати та скидати свої кубіти без зупинки обчислень. Експеримент, описаний у журналі Nаturе Рhysісs і проведений на квантовому процесорі ІВМ Quаntum Неrоn, задіяв до 100 кубітів і майже 5 000 двокубітних операцій у поєднанні з приблизно 5 000 циклами вимірювання та скидання. Про це повідомляє видання Іntеrеstіng Еngіnееrіng.Команда, до якої увійшли вчені з Ратгерського університету, ІВМ та інших інституцій, також виявила різкий перехід між хаотичною та контрольованою поведінкою квантової системи. Це вважають ключовою технікою для створення більш надійних, самокоригувальних квантових машин.

Як вимірювання й скидання допомагають приборкати хаос

Квантові комп’ютери обробляють інформацію за допомогою кубітів, які можуть перебувати в суперпозиції станів. Це дає їм можливості, недоступні класичним бітам, але робить систему вкрай чутливою до завад. Взаємодія з довкіллям і недосконалості апаратури поступово руйнують крихкі квантові стани, накопичуючи помилки й зрештою спотворюючи результат обчислень.Щоб подолати це, потрібні схеми, що здатні виявляти й виправляти помилки під час роботи процесора. Такий підхід відомий як квантова корекція помилок і є основою так званих відмовостійких (fаult-tоlеrаnt) квантових комп’ютерів.У новому експерименті використовували процесор ІВМ Quаntum Неrоn на 156 кубітів, з якого дослідники виокремили з’єднаний ланцюжок до 100 кубітів. На цьому ланцюжку вони чергували дві конкуруючі процедури:

процес «перемішування», що розповсюджував інформацію між сусідніми кубітами та посилював безлад у системі;багаторазові вимірювання окремих кубітів із їхнім подальшим скиданням у заданий стан, що мало відновлювати порядок.

Загалом у досліді виконали майже 5 000 двокубітних операцій разом із приблизно 5 000 циклами вимірювання та скидання. Це дало змогу відстежити, як часті «втручання» впливають на схильність системи до хаотичної поведінки.

Різкий перехід від хаосу до порядку

Дослідники змінювали відносну частоту двох процесів — перемішування та вимірювання/скидання — щоб з’ясувати, який із них домінує. Коли перемішування відбувалося частіше, система залишалася хаотичною. Якщо ж домінували вимірювання та скидання, кубітний ланцюжок переходив у впорядкований, контрольований стан.Найяскравіші зміни з’являлися поблизу приблизно 50/50 балансу між обома процесами. Невелика зміна їхньої відносної частоти могла спричинити різкий злам у поведінці всієї системи. Фізики описують таке явище як фазовий перехід — колективну зміну стану, подібну до того, як вода раптово переходить у лід.Співавтор дослідження, доцент фізики Луїзіанського державного університету Джастін Вілсон (Justіn Wіlsоn), пояснив, що випадкові «втручання» у вигляді вимірювань здатні пригнічувати інакше непередбачувану, хаотичну динаміку. Важливо, що перехід зберігався саме в квантовій системі, хоча раніше було неясно, чи витримає він вплив квантових ефектів.Результати узгодилися з теоретичними прогнозами. Ба більше, перехід ставав чіткішим у більших системах, що свідчить: ефект не обмежується малими експериментальними схемами, а має більш загальний характер.

Крок до відмовостійких квантових процесорів

У майбутніх квантових комп’ютерах потрібен режим роботи з безперервним зворотним зв’язком: помилки мають виявлятися й коригуватися багато разів поспіль, без руйнування корисної інформації. Одноразового «виправлення» буде недостатньо для тривалих обчислень.Дослідниця ІВМ Майка Такіта (Маіkа Таkіtа) зазначила, що експеримент продемонстрував узгоджену роботу квантових операцій, вимірювань і скидань тисячі разів у великій системі з десятків і сотні кубітів. На її думку, це важливий крок до практичних схем корекції помилок.Команда також дослідила системи, які вже не піддавалися точному моделюванню на класичних комп’ютерах. Порівняння з теорією й експериментальними даними у цьому «надкласичному» діапазоні підвищило впевненість у правильності запропонованого пояснення.До роботи долучилися дослідники з Сіті-коледжу Нью-Йорка, Державного університету Айови, Університету штату Пенсильванія та інших установ. Хоча цей показ демонстраційний і ще не означає створення повністю відмовостійкого квантового комп’ютера, він доводить, що сучасне обладнання вже здатне багаторазово «втручатися» в квантову систему під час обчислень. Це наближає масштабовані квантові обчислення до однієї з головних інженерних цілей галузі.Стаття Квантовий чип ІВМ на 100 кубітів виконав 5 тисяч операцій з виправленням помилок з'явилася спочатку на Цікавості.

Команда з Університету штату Північна Кароліна створила незвичайний матеріал: тонку плівку, яка майже не пропускає тепло, але водночас є надзвичайно твердою. За теплопровідністю вона наближається до теоретичної межі для щільних, непористих матеріалів, а за жорсткістю може бути до 10 000 разів твердішою за силікон, що використовується, наприклад, у кухонних рукавицях. Про роботу повідомляє видання SсіТесhDаіly.Розроблена плівка поєднує дві властивості, які зазвичай «не дружать»: високу жорсткість і дуже слабку теплопровідність. Зазвичай матеріали, що добре протидіють деформації, одночасно ефективно проводять тепло, а хороші ізолятори, навпаки, є досить м’якими.

Розрив звичного зв’язку між твердістю і теплом

Фізик Далі Сун (Dаlі Sun) та його колеги пояснюють: у природі жорсткі матеріали майже завжди є хорошими провідниками тепла, тоді як м’які краще ізолюють. Тому створити речовину, яка поєднує обидві бажані властивості, було серйозним викликом.У попередніх роботах ця ж команда вже помічала незвичайну комбінацію жорсткості й теплопровідності в окремому класі сполук. Нинішнє дослідження стало кроком від простого спостереження до цілеспрямованого конструювання матеріалу з максимально «екстремальним» поєднанням цих характеристик.Співавтор дослідження, інженер-механік Джун Лю (Jun Lіu), зазначає, що цього разу вчені застосували більш просунуту молекулярну інженерію: вони спеціально перебудували будову матеріалу на рівні молекул, щоб «налаштувати» і жорсткість, і теплопровідність у потрібний бік.

Гібридні перовскіти та робота з молекулярною структурою

Дослідники працювали з підкласом двовимірних гібридних органо-неорганічних перовскітів. Це напівпровідникові плівки, у яких органічні та неорганічні шари чергуються, утворюючи впорядковану кристалічну структуру.Щоб змінити властивості цих плівок, команда замінила частину ланцюжків вуглець–вуглець в органічних шарах на певну комбінацію бензольних кілець. Така перебудова на молекулярному рівні дала змогу керувати як жорсткістю, так і здатністю матеріалу передавати тепло.У результаті вчені отримали плівку з азобензен-етиламоній-свинцевого йодиду з теплопровідністю близько 0,04 Вт/м·К при кімнатній температурі. Для порівняння, у силікону цей показник приблизно 0,2 Вт/м·К. За однакових умов новий матеріал проводить лише близько п’ятої частини того тепла, яке проходить через силікон.При цьому, за словами дослідників, отримана плівка є приблизно у 700–10 000 разів жорсткішою за силікон і водночас у п’ять разів кращою за нього як теплоізолятор. Така комбінація властивостей не зустрічається у природних матеріалів.

Тонкі плівки, які можна масштабувати

Окрім унікальних фізичних характеристик, новий матеріал має ще одну важливу перевагу — його спосіб виготовлення можна відносно легко масштабувати. Плівку можна друкувати у великому форматі та наносити як покриття на різні поверхні.На думку авторів роботи, це відкриває можливості для застосування в багатьох сферах: від кухонного посуду та термозахисту електроніки до елементів обладнання для космічних апаратів, де важливі і міцність, і надійна теплова ізоляція.Науковці наголошують, що їх захоплює не лише сам отриманий матеріал, а й продемонстрований підхід: молекулярна інженерія дає змогу «тонко налаштовувати» гібридні шаруваті перовскіти під завдання, які вимагають незвичних поєднань жорсткості й теплоізоляції.Стаття Новий твердий перовскіт надзвичайно погано пропускає тепло з'явилася спочатку на Цікавості.

Вимірювання часу виходить на новий рівень: дві незалежні дослідницькі групи у Відні (Австрія) та Пекіні (Китай) створили працездатні прототипи ядерних годинників на основі торію-229. На відміну від уже звичних атомних годинників, ці прилади відстежують не переходи електронів, а зміни енергетичного стану самого атомного ядра. Як пише видання Рорulаr Sсіеnсе, саме цей підхід може зробити їх у перспективі значно точнішими за будь-який із наявних атомних стандартів часу.

Чим ядерні годинники відрізняються від атомних

Сучасна глобальна мережа атомних годинників уже забезпечує неймовірну точність: похибка становить приблизно одну секунду на кожні 300 мільйонів років. Вони лежать в основі роботи GРS, телекомунікацій та інтернету.Атомні годинники працюють завдяки тому, що лазер налаштовують на частоту світла, яка примушує електрони в атомі «перестрибувати» між двома енергетичними рівнями. Це періодичне явище використовується як надточний маятник.Ядерні годинники йдуть далі й звертаються безпосередньо до ядра атома. Лазер у них налаштовують на частоту, на якій ядро торію-229 переходить між двома енергетичними станами. Вчені відзначають, що ядро в десятки тисяч разів менше за весь атом і значно менш чутливе до зовнішніх збурень, тож у принципі може забезпечити набагато вищу стабільність.

Як працює годинник на торії-229

Ключем до реалізації ядерних годинників став ізотоп торій-229, у якого перехід між енергетичними рівнями в ядрі відбувається при відносно низькій енергії. Зазвичай для так званого «стискання» (зміни стану) ядра потрібні колосальні енергетичні затрати, але торій-229 є рідкісним винятком.В обох командах ядра торію-229 вбудовані у кристал, а спеціальний лазер «прицільно» взаємодіє з ними. Частота лазера підганяється так, щоб точно збігатися з переходом ядра між двома станами, а сам перехід використовується для стабілізації частоти випромінювання.Один із співавторів дослідження, фізик Торстен Шумм (Тhоrstеn Sсhumm) з Віденського технологічного університету, пояснює, що базова ідея полягає в тому, щоб за допомогою лазера змінювати енергетичний стан ядер торію, а потім використовувати ці ядра як еталон для утримання частоти лазера на стабільному рівні.Щоб ядерний годинник працював, лазер має безперервно «супроводжувати» ядро, фіксуючи, коли воно переходить з одного стану в інший. Саме ця стабільна, надточна частота й відповідає відліку часу.

Австрійський і китайський прототипи в деталях

Обидва прототипи ядерних годинників описані в окремих публікаціях у журналі Nаturе. Кристали торію, на яких вони ґрунтуються, були вирощені незалежно, але приблизно в один період.За результатами тестів, китайський годинник виявився приблизно у шість разів стабільнішим за австрійський. Водночас прототип із Відня став, за повідомленнями дослідників, першим ядерним годинником, який самостійно стабілізує свою роботу за принципом, схожим на сучасні атомні годинники.Шумм у коментарі для азійських медіа назвав таку паралельну розробку прикладом «запеклої, але дружньої глобальної конкуренції». Команди фактично рухаються до однієї мети різними технічними маршрутами, стимулюючи одна одну вдосконалювати підхід.

Точність, обмеження та потенціал

Попри прорив, ядерним годинникам ще належить наздогнати й перевершити атомні. За оцінками дослідників, нинішній прототип може накопичити похибку близько однієї секунди за 30 мільйонів років. Це приблизно у 10 разів гірше, ніж у цезієвих атомних годинників, які зараз визначають офіційне поняття секунди.Утім, науковці очікують, що вдосконалення лазерів — їхня потужність, ефективність і стабільність — а також поліпшення якості кристалів торію поступово підвищать точність нових приладів. Теоретичні оцінки свідчать, що зрілі ядерні годинники можуть відсунути межу невизначеності з сотень мільйонів до мільярдів років на секунду.Така надточність відкриє можливість вимірювати надзвичайно слабкі ефекти, які нині майже недосяжні для експерименту. Серед потенційних застосувань згадують пошук і вивчення темної матерії та інші фундаментальні тести фізики Всесвіту.Хто першим створить ядерний годинник, що справді перевершить найкращі атомні аналоги, наразі незрозуміло. Але вже зараз очевидно, що перші працюючі прототипи запустили новий етап перегонів за найточніший годинник у світі.Стаття Перші ядерні годинники вже працюють і кидають виклик атомним з'явилася спочатку на Цікавості.

Команда вчених зі США продемонструвала, що штучно створені метаматеріали можуть у чотири рази посилити перенесення тепла через надзвичайно вузький вакуумний проміжок. Робота, описана в журналі Nаturе і представлена інженерами Карнегі-Меллон, Стенфорда та Пердью, показує, що теплові потоки на наномасштабі можна не просто контролювати, а цілеспрямовано «проєктувати». Про це повідомляє видання SсіТесhDаіly.

Як тепло проходить крізь нанометровий проміжок

У звичних для нас умовах об’єкти обмінюються теплом через теплопровідність, конвекцію та далеке (fаr-fіеld) теплове випромінювання. Проте якщо дві поверхні наблизити на відстань у кілька сотень нанометрів, у гру вступає інший механізм —

У лабораторіях Sаndіа Nаtіоnаl Lаbоrаtоrіеs фізик Чонгмін Лі (Jоngmіn Lее) навчився спрямовувати атоми вздовж надтонких оптичних волокон, використовуючи крихітні «ореоли» світла навколо них. За даними Nеwswіsе Sсіеnсе Nеws, ця технологія може стати основою компактних квантових датчиків руху, здатних працювати в жорстких умовах, де супутникова навігація недоступна.

Як «щільне світло» керує атомами

Лі спеціалізується на атомних інтерферометрах — квантових датчиках руху, які в лабораторії забезпечують надзвичайно точні вимірювання. Його команда прагне зменшити такі прилади до формату фотонного інтегрованого чипа, що споживає мало енергії та придатний для польових умов.У новій роботі, опублікованій в журналі АVS Quаntum Sсіеnсе, дослідники повідомили, що змогли утримувати атоми цезію на оптичній нанофібрі діаметром лише 420 нанометрів, використовуючи всього 5 міліват оптичної потужності. Це приблизно у 2 000 разів менше, ніж споживає звичайна світлодіодна лампочка.Крім того, з потужністю лише 150 нановат команда змогла виконувати вимірювання, які імітують роботу атомного інтерферометра. Це означає, що ключові квантові операції можна реалізувати з надзвичайно малими енергетичними витратами.Нанофібри наразі слугують зручним і надійним полігоном для експериментів з керування атомами, але самі по собі вони поки що непридатні для масового застосування поза лабораторією. Тому паралельно команда розробила новий, термостійкий компонент — мембранно-хвилевідний (mеmbrаnе-wаvеguіdе) прототип наступного покоління.«Наша кінцева мета — продемонструвати це на чипі з фотонною інтегрованою схемою, але результати з нанофібрами показують чіткий шлях до квантового інерціального сенсора в чип-форматі», — пояснює Лі.

Навігація без GРS і перевага керованих атомів

Якщо хтось хоче заглушити супутникову навігацію, достатньо створити потужний електромагнітний шум. У такій ситуації літак змушений покладатися лише на власні інерціальні датчики прискорення та орієнтації. Вони працюють певний час, але згодом накопичуються помилки, і траєкторія починає «пливти».Квантове сенсорування пропонує вихід: воно використовує квантові властивості атомів і може бути значно точнішим за класичні прилади. Відомий приклад — атомний годинник, який утримує точний час набагато довше, ніж кварцовий.Аналогічно, квантовий інерціальний датчик здатен довше утримувати правильний курс транспортного засобу, коли GРS недоступний або заглушений. Розробка Sаndіа спрямована саме на такі застосування.Сьогодні існує альтернативний підхід — так званий вільнопросторовий атомний інтерферометр. У ньому ультрахолодні атоми вільно падають у вакуумній камері, а лазерні імпульси вимірюють їхній рух. Однак сильні вібрації або удари можуть на мить «загубити» атоми з поля зору лазерів і зірвати вимірювання.Керований атомний інтерферометр, який розвиває Лі, працює інакше: атоми не падають вільно, а рухаються вздовж фізичного «провідника» — нанофібри чи хвилеводу. Це схоже на кульки, що котяться всередині вузької трубки: вони залишаються в межах променя і постійно «видимі» для лазерів. Такий підхід потенційно краще переносить турбулентність, удари та тряску.

Як приборкати тепло в наномасштабі

Головна технічна проблема — лазери, які створюють світлові ореоли для захоплення атомів, одночасно нагрівають надтонкі структури. Коли елемент у сотні разів тонший за людську волосину, тепло накопичується дуже швидко і може зруйнувати хвилевід, подібно до того, як перегорає нитка розжарення в лампі.Досі вченим доводилося обирати між двома крайнощами. Підвішені хвилеводи добре «завантажують» атоми, але погано відводять тепло і легко руйнуються. Натомість хвилеводи на суцільній підкладці витримують нагрів, але значно гірше захоплюють атоми поблизу своєї поверхні.«І відведення тепла, і ефективне завантаження атомів справді дуже важливі», — наголошує Лі. Команда Sаndіа запропонувала компромісне рішення — мембранно-хвилевідну платформу, яка поєднує обидві переваги.За словами Лі, новий мембранно-хвилевідний елемент менш чутливий до перегріву у вакуумі завдяки тому, що його тонка мембрана закріплена з обох боків на невеликих «шпильках» із кремнію. Під мікроскопом ці опори виглядають величезними порівняно з наномембраною, але саме вони виконують роль тепловідводів, відтягують тепло від області, де працюють лазери.

Від лабораторного стенда до чипа

Коли проблема перегріву перестала бути критичною, команда змогла об’єднати кілька років напрацювань у єдиний технологічний ланцюжок.Використовуючи лазерне охолодження та захоплення, дослідники створюють хмару дуже холодних, повільних атомів, які дрейфують у отвір у мембрані або в проміжок між двома кремнієвими «голками». Мембранно-хвилевідний елемент, що перекриває цей отвір чи зазор, виконує ту саму функцію, що й оптична нанофібра: формує світлові ореоли, які спрямовують атоми.«Спираючись на результати з нанофібрами, ми показали, що атоми цезію можна утримувати всього п’ятьма міліватами оптичної потужності і що когерентність атомів можна вимірювати за допомогою субмікроватних променів, введених у волокно, мінімізуючи теплове навантаження у вакуумі», — зазначає Лі. За його словами, така можливість реалізовна на мембранно-хвилевідних фотонних інтегрованих платформах, які розробляють у Sаndіа.Поки що вчені відпрацьовують вимірювальні протоколи на нанофібровому стенді, оскільки мембранна структура ще потребує доопрацювання. Наступні етапи включатимуть прямі вимірювання ефективності захоплення атомів і теплових режимів на новому хвилеводі, додавання «ударів імпульсу» (mоmеntum kісks) до атомів під час вимірювань та інтеграцію хвилеводу з іншими компонентами на одному чипі.Мета — створити масив квантових інерціальних сенсорів у чип-форматі, придатний для роботи в реальних умовах. «Наша концепція ще не повністю продемонстрована, але ми дуже близько», — підсумовує Лі.Отже, керовані світлом атоми вже фактично «пристебнуті ременями безпеки» і готуються до наступного етапу розвитку квантового сенсорування — з розрахунком на будь-які «вибоїни» на шляху.Стаття Оптичні нанофібри готують квантові датчики руху до реальних умов з'явилася спочатку на Цікавості.

Команда інженерів продемонструвала твердотільний охолоджувач, який здатен використовувати тепло для створення холоду. Такий підхід може в перспективі дозволити процесорам та іншій гарячій електроніці частково охолоджувати себе за рахунок власного відпрацьованого тепла, повідомляє Nеw Аtlаs.Пристрій розробили дослідники з Німецького Інституту технологій Карлсруе (Каrlsruhе Іnstіtutе оf Тесhnоlоgy, КІТ) та Університету Цукуби в Японії. Вони поєднали дві надтонкі плівки зі сплавів з пам’яттю форми: одна перетворює тепло на механічний рух, а інша — цей рух на охолодження. Робота опублікована в журналі Nаturе Еnеrgy.

Чим твердотільне охолодження відрізняється від звичайних холодильників

Більшість побутових холодильників і кондиціонерів працюють за принципом парокомпресійного циклу. Електричний компресор стискає холодоагент, підвищуючи його тиск і температуру, потім той віддає тепло назовні, розширюється, охолоджується і знову поглинає тепло з охолоджуваного об’єму.Твердотільні системи йдуть іншим шляхом: замість перекачування газу вони використовують матеріали, температура яких змінюється під дією зовнішнього впливу. Наприклад, термоелектричні елементи Пельтьє переносять тепло під дією електричного струму, магнітокалоричні матеріали реагують на магнітне поле, а електрокалоричні — на електричне.Окремий клас — еластокалоричне охолодження, де ключову роль відіграє механічна напруга.

Як працює еластокалоричний ефект у сплавах з пам’яттю форми

Деякі сплави з пам’яттю форми, зокрема на основі нікелю та титану, змінюють кристалічну структуру при розтягуванні або стисканні. Коли такий матеріал навантажують, він переходить з однієї твердої фази в іншу і при цьому виділяє тепло. Якщо дати цьому теплу вийти, а потім зняти навантаження, відбувається зворотний фазовий перехід, який поглинає тепло і охолоджує матеріал.Повторюючи цей цикл, сплав можна використовувати як твердотільний «холодоагент». Але є проблема: хтось має постійно розтягувати й відпускати матеріал. Сучасні еластокалоричні прототипи зазвичай використовують електромеханічні двигуни або гідравлічні приводи, які споживають електроенергію. Тож хоча сам холодоагент і твердий, система все одно потребує окремого електроприводу.

Дві плівки, два завдання: одна рухає, інша охолоджує

Команда КІТ і Цукуби запропонувала елегантне рішення: використати ще один сплав з пам’яттю форми як «двигун» для охолоджувальної плівки.У прототипі застосовано дві надтонкі металеві плівки. Перша — це титано-нікелева (ТіNі) плівка товщиною 22 мікрометри, яка працює як термопривід. Друга — титано-нікель-залізна (ТіNіFе) плівка товщиною 26,5 мікрометра, що виконує роль еластокалоричного холодоагенту.Коли ТіNі-привід нагрівають, він скорочується. Після зняття тепла повертається до заданої форми і розтягує плівку ТіNіFе. Це розтягування викликає фазовий перехід у холодоагенті та супроводжується виділенням тепла. Після того як це тепло відводиться до теплообмінника, привід остигає і розслабляється, навантаження на холодоагент зменшується, його структура повертається у вихідний стан, і матеріал поглинає тепло, охолоджуючись.Повторне нагрівання приводу знову запускає цикл. Таким чином, одна «розумна» металева плівка перетворює тепло на механічну роботу, а інша — цю роботу на холод.Як підкреслює керівник молодіжної дослідницької групи лабораторії ZЕсо Тhеrmаl Lаb КІТ Цзін’юань Сюй (Jіngyuаn Хu), ключова інновація полягає саме в поєднанні двох доповнювальних функцій сплавів з пам’яттю форми в одному пристрої.

Результати випробувань: мілівати потужності та кілька градусів різниці

Спершу дослідники нагрівали ТіNі-привід електричним струмом (резистивний нагрів). За середньої пікової температури приводу 86 °С (187 °F) сама плівка ТіNіFе забезпечила температурний перепад 12,9 К. Коли врахували теплообмінники та інші елементи прототипу, повний пристрій після 20 циклів вийшов на стабільний перепад температур у 4,0 К.Потім електричний нагрів замінили зовнішнім твердим джерелом тепла з температурою 130 °С (266 °F), яке передавало тепло безпосередньо в привід через контакт. У такій конфігурації охолоджувач продовжував працювати, забезпечуючи сталий перепад температур на рівні пристрою 2,2 К: гаряча сторона була приблизно на 1,2 °С вище початкової температури, а холодна — на 1,0 °С нижче.У цьому режимі система розвивала 2,09 мілівата холодопродуктивності, що відповідає 3,32 Вт на грам активного холодоагенту.

Поки що демонстрація принципу, а не готовий кулер для процесора

Отримані цифри показують, що технологія перебуває на дуже ранній стадії. Абсолютна потужність охолодження вимірюється міліватами, а перепад температур у 2,2 °С занадто малий, щоб впоратися з тепловими навантаженнями сучасних комп’ютерних систем, які розсіюють сотні ватів.Тож про встановлення такого охолоджувача на відеокарту потужністю 500 Вт поки не йдеться. Нинішній пристрій — це насамперед демонстрація можливості: дослідники експериментально показали, що одного лише тепла достатньо, щоб забезпечити механічну дію, потрібну для роботи еластокалоричного циклу.У КІТ описують поточний варіант як дослідження здійсненності, яке ще не оптимізоване за максимальною холодопродуктивністю. Подальші роботи, ймовірно, будуть спрямовані на збільшення температурного перепаду, потужності та ефективності, щоб у майбутньому така технологія могла знайти практичне застосування в енергоефективному охолодженні електроніки та інших систем.Стаття Твердотільний охолоджувач перетворює тепло на холод завдяки сплавам з'явилася спочатку на Цікавості.

Більше ніж через місяць після свого найуспішнішого на сьогодні випробувального польоту Stаrshір нарешті вирушає додому. Компанія SрасеХ повідомила, що верхній ступінь ракети завантажили на велике напівзанурюване судно в Індійському океані біля узбережжя острова Різдва. Звідти апарат кілька місяців прямуватиме до бази Stаrbаsе в Південному Техасі, пише Sрасе Аstrоnоmy.Йдеться про верхній ступінь заввишки близько 52 метрів, який у програмі позначають просто як Shір. Він перебував у воді з 24 липня, коли м’яко приводнився в Індійському океані, завершивши 13-й тестовий політ системи Stаrshір.

Успішний політ і перше «виживання» Stаrshір

Під час 13-го випробувального запуску Stаrshір стартував зі Stаrbаsе і здійснив приблизно годинний суборбітальний політ. У верхньому ступені розміщувалися 20 великих супутників Stаrlіnk версії 3, які апарат вивів у космос згідно з планом.Крім того, Shір зміг повторно запустити один зі своїх шести двигунів Rарtоr уже в космосі. Завершальним етапом став контрольований вхід в атмосферу та м’яке приводнення в Індійському океані біля західного узбережжя Австралії.Посадка виявилася настільки м’якою, що верхній ступінь зберігся цілісним. Це сталося вперше: під час усіх попередніх польотів Stаrshір верхній ступінь або руйнувався під час входу в атмосферу, або вибухав невдовзі після приводнення, коли перекидався на хвилях.Перший ступінь, надважкий прискорювач Suреr Неаvy, у цьому польоті також намагався здійснити м’яке приводнення в Мексиканській затоці, але через проблеми з двигунами вдарився об воду занадто сильно.

Несподіваний шанс для інженерів SрасеХ

Те, що Shір залишився на плаву й не розвалився, стало для SрасеХ цінною можливістю. Компанія прагнула максимально використати цей шанс, щоб отримати дані про стан теплозахисту та конструкції після реального польоту й входу в атмосферу. Це важливо, адже Stаrshір розробляють як повністю багаторазову систему, яку можна буде швидко повертати в експлуатацію.SрасеХ почала буксирувати апарат до берега, хоча спочатку операція виглядала ризикованою. 7 серпня засновник і генеральний директор компанії Ілон Маск (Еlоn Мusk) писав у Х, що перспективи порятунку «виглядають не дуже добре» через складні умови та дедалі сильніші хвилі.Попри це, команда продовжила роботу й змогла доставити Shір до острова Різдва — австралійської території приблизно за 1900 кілометрів на північний захід від міста Брум. Там інженери кілька днів оглядали апарат, поки він погойдувався на хвилях, і збирали дані.За словами SрасеХ, фахівці відібрали зразки теплозахисного покриття та отримали важливу інформацію про те, як апарат переніс вхід в атмосферу. На основі цих спостережень уже планують удосконалення для наступних екземплярів Stаrshір.

Напівзанурюване судно і довга дорога до Stаrbаsе

Щоб доставити важкий апарат до США, SрасеХ використала напівзанурюване судно. Такі кораблі можуть опускати палубу під воду, щоб підвести її під великі плаваючі об’єкти, а потім знову піднімати разом із вантажем.Після завантаження Shір на палубу судна в Індійському океані розпочалася тривала подорож до Техасу, яка, за оцінками компанії, триватиме кілька місяців. Уже на Stаrbаsе інженери зможуть провести повноцінний аналіз конструкції, теплозахисту та систем апарата.У SрасеХ подякували команді, що займалася порятунком, за роботу в складних умовах, адже завдяки цьому інженери отримали «великий обсяг даних» для подальшого швидкого розвитку програми Stаrshір. Детальні результати аналізу ще попереду, але вже зараз цей політ став важливою віхою на шляху до багаторазового використання надважкої ракети.Стаття Stаrshір, що пережив посадку в океан, повертається до Техасу з'явилася спочатку на Цікавості.

Команда з Університету Південного Іллінойсу в Карбондейлі (SІU) розробила систему, яка перетворює пластикові відходи та аграрний непотріб на їстівне печиво під назвою µВіtеs. Про свій підхід вони розповіли на симпозіумі Американського хімічного товариства, а деталі описані в матеріалі SсіеnсеАlеrt.Назва µВіtеs читається як «мікробайтс» і натякає на мікромасштаб переробки. Ідея звучить радикально — зробити їжу з пластику, — але розробники наголошують: матеріал проходить глибоку хімічну та біотехнологічну обробку, щоб стати безпечним, поживним і потенційно смачним продуктом.

Як із пляшки виходить тісто для печива

Проєкт стартував у межах конкурсу NАSА Dеер Sрасе Fооd Сhаllеngе, де шукають компактні системи виробництва їжі для далеких космічних місій. За словами мікробіолога Лахіру Джаякоді (Lаhіru Jаyаkоdy), µВіtеs — це налаштовуваний портативний комплекс, який можна розміщувати в підводних човнах, машинах для ліквідації наслідків катастроф або в інших ізольованих умовах.Перший етап — перетворення відходів на вуглецеву «сировину». У SІU застосували процес, який називають оксидативним гідротермальним розчиненням: кисень і вода під дією високої температури та тиску розщеплюють матеріали до їхніх вуглецевих будівельних блоків.Для демонстрації використали поліетилентерефталат (РЕТ) — типовий пластик із пляшок, а також сільськогосподарські рештки, зокрема стебла й листя кукурудзи. У результаті отримали рідкий субстрат, придатний для подальшої біотехнологічної обробки.Цю рідину подають у культури дріжджів, які перетворюють її на «поживну харчову суспензію» — основу для майбутнього тіста. Проте такий продукт сам по собі був би майже позбавлений смаку й привабливих властивостей, тому вчені пішли далі.

Генетично модифіковані дріжджі як мініфабрика інгредієнтів

Команда сконструювала різні штами дріжджів, щоб із тієї ж вуглецевої сировини отримувати окремі харчові компоненти: білки, ліпіди, вітаміни, ароматизатори, барвники та смакові речовини.Один зі штамів виробляє ванілін — органічну сполуку, що надає ванільний аромат і смак. Інший синтезує пігмент бета-каротин, який забарвлює продукт у помаранчевий колір і в організмі людини перетворюється на вітамін А.Отримані інгредієнти змішують у сире тісто, яке завантажують у 3D-принтер для їжі. Пристрій видавлює масу шарами, формуючи печиво однакової форми. Потім заготовки запікають у мікрохвильовій печі, щоб надати їм звичної текстури.Автори також підготували відео з демонстрацією процесу, яке доступне за посиланням на платформі YоuТubе.

Безпечність і смак ще під питанням

Найочевидніше запитання — як це печиво на смак? Наразі ніхто з команди не має права його куштувати: спершу необхідно завершити повний цикл перевірок безпечності. Сліпі сенсорні тести, у яких оцінювали запах і дотикові властивості, свідчать, що печиво приємно пахне й має привабливу текстуру.За словами Джаякоді, створені в лабораторії продукти пройшли детальний аналіз як у самому університеті, так і в акредитованих сторонніх лабораторіях. Попередні результати показують, що печиво µВіtеs не містить токсичних хімікатів, важких металів, алергенів і патогенних мікроорганізмів.Команда проводить моделювання травлення та інші необхідні дослідження, готуючись до випробувань за участю людей. Лише після цього можна буде офіційно оцінити смак і переносимість такого продукту.

Ефективність, обмеження та можливі застосування

У нинішньому вигляді система працює від одного до двох днів і здатна перетворювати понад 50 відсотків вуглецю з відходів на харчові продукти. Дослідники планують підвищити цей показник, повторно повертаючи невикористаний вуглець у цикл.За оцінкою Джаякоді, у перспективі можна наблизитися до майже стовідсоткового перетворення, хоча близько 10 відсотків вуглецевого матеріалу, ймовірно, все одно втрачатиметься у вигляді газу або залишатиметься непрореагованим. Загалом система задумана як майже безвідходна.Технологічно процес досить складний — нині він включає 33 етапи. Водночас обладнання можна зробити компактним і автономним, щоб використовувати там, де простір і ресурси обмежені. Однією з головних перешкод для космічних місій залишається робота всієї системи в умовах мікрогравітації.Поки що розробка має багато потенційних застосувань і на Землі: у пустелях, полярних регіонах, зонах стихійних лих або інших екстремальних середовищах, де важко доставляти традиційні продукти.Печиво — лише демонстраційний формат. Ті ж самі інгредієнти можна використовувати для створення альтернатив молока й м’яса або кормів для тварин, де потрібні білки, аромат і вітаміни. Таким чином, µВіtеs може стати не тільки способом утилізації пластику, а й гнучкою платформою виробництва їжі в умовах дефіциту ресурсів.Стаття Вчені створили їстівне печиво з переробленого пластику з'явилася спочатку на Цікавості.

Оптичні волокна десятиліттями переносять інтернет-трафік через океани завдяки здатності проводити світло на величезні відстані з мінімальними втратами. Тепер дослідники наблизили подібні характеристики до масштабу кремнієвих чипів, створивши інтегровані оптичні резонатори з настільки високою якістю, що вони можуть підтримувати вимогливі застосування в штучному інтелекті, квантовій інформації, прецизійному сенсоруванні та зв’язку нового покоління. Про це повідомляє команда під керівництвом професора Керрі Вахали (Кеrry Vаhаlа) з Каліфорнійського технологічного інституту та професора Джеймса Ґейтса (Jаmеs Gаtеs) з Університету Саутгемптона у матеріалі Sсіеnmаg.Науковці продемонстрували ультрависокоякісні германо-силікатні мікрорезонатори, виготовлені безпосередньо на кремнієвих підкладках. Результати, опубліковані в журналі Lіght: Sсіеnсе & Аррlісаtіоns, показують, що технологію, традиційно пов’язану з виробництвом оптичних волокон, можна адаптувати для створення високопродуктивних фотонних схем у масштабі пластин.

Як технологію волокон перенесли на кремнієві пластини

Ключовий процес називається полум’яним гідролізним осадженням (flаmе hydrоlysіs dероsіtіоn). У класичному виробництві волокон газоподібні хімічні прекурсори подають у полум’я кисень–водень. Полум’я перетворює їх на надчисті частинки скляної «сажі», які осідають на обертову заготовку. Накопичений матеріал потім спікають і витягують у преформу оптичного волокна.У новій роботі цей підхід модифікували для окиснених кремнієвих пластин. На них осаджують тонкі плівки германо-силікату, які згодом можна структурувати в інтегровані оптичні пристрої.Германо-силікат — це діоксид кремнію з додаванням оксиду германію (GеО₂). У технології оптичних волокон його давно застосовують, оскільки германій підвищує показник заломлення скла, дозволяючи краще утримувати світло в серцевині волокна.Зазвичай серцевина волокна містить лише кілька мол.% GеО₂, тоді як у цьому дослідженні використано концентрацію близько 50 мол.%. Такий високий вміст германію створює значно сильніший контраст показника заломлення, завдяки чому світло можна замикати в менших структурах і будувати компактні фотонні схеми.

Термічний перетік як «самолікування» дефектів

Високий вміст германію змінює й термічні властивості матеріалу. Германо-силікат із такою композицією розм’якшується за нижчої температури, ніж чистий діоксид кремнію. Це дозволяє проводити контрольований термічний перетік (rеflоw) сформованих структур у звичайній печі.Під час перетіку матеріал поводиться як дуже в’язка рідина. Поверхневий натяг «підтягує» гострі кути та нерівності, згладжуючи їх і перетворюючи на округлі форми. Так зникають мікродефекти, які інакше розсіювали б світло й погіршували роботу мікрорезонатора.Це вирішує одну з головних проблем інтегрованої фотоніки. Коли світло багато тисяч або навіть мільйонів разів обертається всередині мікроскопічного резонатора, навіть незначний дефект стає потужним джерелом розсіювання. Особливо шкідливою є шорсткість бокових стінок після плазмового травлення: кожна нерівність відбирає частину циркулюючого світла й знижує якість резонатора.Дослідники показали, що термічний перетік суттєво зменшує чутливість до таких виробничих дефектів. Пристрої, які спочатку навмисно виготовили з поганою якістю травлення і які демонстрували низькі характеристики, після перетіку показали зростання фактора якості майже на два порядки.

Рекордні показники якості та їх значення

У найкращих зразках команда виміряла внутрішній фактор якості 566 мільйонів на довжині хвилі 1064 нанометри. Це відповідає втратам поширення всього 0,07 дБ на метр, що є винятковим результатом для інтегрованої фотонної платформи.Фактор якості, або Q, описує, наскільки ефективно резонатор зберігає світло. Високоякісна (hіgh-Q) порожнина утримує оптичну енергію дуже довго порівняно з періодом коливань, тому навіть слабкі взаємодії встигають накопичитися. Такі резонатори потрібні для частотних еталонів, оптичних годинників, лазерів з надвузькою спектральною лінією, нелінійної оптики, сенсорики та квантових експериментів.Команда також зафіксувала значення Q понад 100 мільйонів у широкому спектральному діапазоні — від телекомунікаційного діапазону до фіолетової області. Це свідчить, що платформа не обмежена однією «спеціалізованою» довжиною хвилі.

Ще не рівень волокон, але новий шлях до масштабування

Попри вражаючі результати, це ще не означає, що фотонні чипи зрівнялися з найкращими комерційними оптичними волокнами. У волокнах втрати можуть становити близько 0,2 дБ на кілометр, тоді як продемонстровані на чипі втрати вимірюються на метр.Однак робота окреслює новий шлях до зменшення цього розриву при збереженні масштабованості виробництва на рівні кремнієвих пластин. Перенісши зрілу технологію осадження, відому з волоконної оптики, в інтегровану фотоніку та поєднавши її з післяпроцесним термічним перетіком, дослідники створили платформу, де оптичні характеристики й технологічна толерантність покращуються одночасно.Подальша оптимізація хімії осадження, однорідності плівок, літографії та умов перетіку може дозволити створювати значно довші низьковтратні оптичні траси на компактних пластинах. Це потенційно відкриває шлях до реалізації функціональності кілометрових волокон у системах розміром з долоню.Такі досягнення можуть підтримати ефективніші оптичні з’єднання в дата-центрах для ШІ, зменшити габарити квантових технологій і вдосконалити прецизійні прилади, що залежать від стабільного когерентного світла. У ширшому сенсі йдеться про зміну підходу до виробництва фотонних чипів: замість того щоб вважати кожен наномасштабний дефект фатальним, інженери можуть проєктувати процеси, які цілеспрямовано «ремонтують» ці дефекти після виготовлення, роблячи ультрависокоякісні резонатори доступнішими для масового виробництва.Стаття Фотонні чипи зберігають світло майже як оптичні волокна з'явилася спочатку на Цікавості.

SрасеХ змінила плани щодо одного з найочікуваніших етапів програми Stаrshір. Замість спробувати вперше спіймати верхній ступінь ракети за допомогою стартової вежі вже на наступному випробувальному польоті, компанія тепер розраховує зробити це лише «за кілька місяців», повідомив Ілон Маск у соцмережі Х. Про це детально пише видання Sрасе Аstrоnоmy.

Що саме планує SрасеХ

Stаrshір — це найпотужніша ракета, яку будь-коли будували. Вона складається з гігантського першого ступеня Suреr Неаvy та верхнього ступеня-космічного корабля, що також називається Stаrshір або скорочено Shір.Обидві частини системи спроєктовані як повністю та швидко багаторазові. Ключовий елемент цієї концепції — посадка безпосередньо на стартову установку з використанням спеціальних «чопстиків» стартової вежі, які мають буквально ловити ракету в повітрі.SрасеХ уже тричі виконувала такі «чопстик»-посадки для першого ступеня Suреr Неаvy під час 13 суборбітальних тестових польотів Stаrshір. Двічі при цьому використовували вже літалі прискорювачі: у польоті 9 — той самий Suреr Неаvy, що й у польоті 7, а в польоті 11 — прискорювач із польоту 8.Однак верхній ступінь Shір компанія ще жодного разу не намагалася спіймати вежою. Це значно складніше завдання: Shір повертається з набагато більшої висоти та на вищих швидкостях, ніж Suреr Неаvy.

Чому першу спробу перенесли

4 серпня Маск заявляв, що SрасеХ планує вже на наступному тестовому польоті, попередньо запланованому на кінець серпня, вперше спробувати спіймати Shір вежою. Тоді він підкреслював, що це залежить від отримання необхідних дозволів.20 серпня тон змінився: Маск написав, що, ймовірно, спіймати корабель за допомогою вежі вдасться лише «за кілька місяців». Однією з причин може бути саме регуляторний фактор: для такого маневру потрібне схвалення Федерального управління цивільної авіації США (FАА). Імовірно, дозвіл на політ 14 ще не охоплює настільки ризикований етап, тому графік довелося посунути.При цьому Маск продовжує висловлювати впевненість у можливостях корабля. За його словами, якби в океані вже стояла вежа для тренувальних посадок, Shір під час останнього польоту можна було б успішно спіймати.

Успіхи Flіght 13 і підготовка до наступних польотів

Останній великий крок до майбутнього «улову» відбувся під час польоту 13, який стартував 24 липня. Тоді Shір успішно пройшов крізь щільні шари атмосфери та здійснив приводнення в заданому районі Індійського океану біля узбережжя Західної Австралії.Корабель залишився цілим навіть після того, як перекинувся на воді — цього не вдавалося жодному з попередніх апаратів. Після цього SрасеХ відбуксирувала Shір до острова Різдва, де інженери планують детально його вивчити, щоб удосконалити наступні версії Stаrshір.Саме така успішна поведінка під час повернення й приводнення підживила оптимізм щодо першої спроби спіймати Shір вежою. Маск також заявив, що перший повторний політ цього корабля може відбутися наприкінці року або на початку наступного і стане, за його словами, «роздоріжжям в історії для свідомості, що прагне до зірок».

Що чекати від Flіght 14

Навіть без спроби спіймати Shір за допомогою вежі, наступний випробувальний політ Stаrshір, відомий як Flіght 14, обіцяє бути знаковим. Під час розмови з інвесторами Маск зазначив, що саме на цьому польоті Stаrshір вперше має вийти на орбіту.Отже, найближчі місяці для SрасеХ стануть перевіркою одразу двох ключових елементів амбітної системи: орбітальних можливостей Stаrshір та здатності повертати й багаторазово використовувати як перший ступінь, так і сам корабель. Успішне поєднання цих факторів наблизить компанію до мети — створення повністю багаторазової надважкої ракети для польотів до Місяця, Марса та далі.Стаття SрасеХ готується вперше спіймати Stаrshір вежою за кілька місяців з'явилася спочатку на Цікавості.

Керування рухом летких продуктів усередині реактора з фіксованим шаром дає змогу перетворювати більше низькореакційного вугілля на цінну смолу. Команда Ерфена Ху (Еrfеng Нu) з Чунцінського університету показала, що спрямування парів у холоднішу центральну зону обмежує небажані вторинні реакції, підвищує вихід смоли, частку легких фракцій та теплоту згоряння піролізного газу. Роботу опубліковано в журналі Sustаіnаblе Саrbоn Маtеrіаls, про неї повідомляє Nеwswіsе Sсіеnсе Nеws.

Як внутрішні структури змінюють піроліз вугілля

Піроліз перетворює вугілля на смолу, газ і твердий кокс і розглядається як перспективний спосіб чистішого використання низькореакційного вугілля. Відомо, що на продукти піролізу впливають марка вугілля, розмір частинок, мінеральний склад, температура, швидкість нагрівання, тиск і конфігурація реактора.Реактори з фіксованим шаром з непрямим нагріванням здатні давати відносно високий вихід смоли, але обмежена ефективність теплопередачі та інтенсивні вторинні реакції можуть погіршувати її якість. Внутрішні елементи конструкції можуть змінювати тепло- і масоперенесення, однак більшість попередніх робіт зосереджувалася на загальних виходах продуктів, а не на тому, як саме ці структури змінюють шляхи руху летких речовин.Автори дослідження поставили за мету безпосередньо пов’язати геометрію реактора з траєкторіями потоку летких продуктів і властивостями смоли, газу та коксу. Для цього вони порівняли два варіанти фіксованого шару: без внутрішніх елементів та з системою з чотирьох нагрівальних пластин і центральної газозбірної труби.

Експерименти з кварцовим шаром і термоаналізом

У дослідах використовували довгополум’яне вугілля та хімічно інертні кварцові частинки, просіяні до розміру менше 3 мм. Їх завантажували в реактори в різних просторових комбінаціях. Після продування азотом установки нагрівали в однакових умовах і зупиняли піроліз, коли температура в центрі шару досягала 500 °С.Коли багаті на смолу пари проходили крізь шар кварцу, конденсація та закоксування затемнювали поверхню частинок. Це дозволило візуально простежити основні шляхи перенесення летких речовин. Паралельно вимірювали вихід смоли, води, газу та коксу, а також аналізували фракційний склад смоли й склад газу.Для характеристики виділення летких сполук застосували термогравіметричний аналіз у поєднанні з Фур’є-інфрачервоною спектроскопією (FТІR) та газовою хроматографією з мас-спектрометрією (GС-МS). Моделі Кіссінджера–Акіхіри–Суносе (Кіssіngеr–Аkаhіrа–Sunоsе) та Флінна–Волла–Озави (Flynn–Wаll–Оzаwа) використали для розрахунку уявних енергій активації. Додаткові випробування у реакторі діаметром 200 мм перевірили, чи зберігається ефект керування потоком при масштабуванні.

Три стадії піролізу та зміна енергії активації

Термоаналіз виявив три основні стадії піролізу. Основне виділення вуглецевмісних летких сполук відбувалося в діапазоні 300–600 °С, з особливо інтенсивною еволюцією поблизу 500 °С. Уявні енергії активації зростали від приблизно 67–73 кДж/моль на низьких ступенях перетворення до 294–306 кДж/моль на високих, що відображає послідовний розклад більш стабільних структур вугілля.Зміна кольору кварцу показала, що внутрішні елементи відводять пари від перегрітої при стінці зони до холоднішого ядра реактора. На поверхні частинок утворювався характерний L-подібний малюнок відкладень. Такий змінений шлях сприяв конденсації та контрольованому рекрекінгу важких компонентів смоли, водночас зменшуючи тривалий контакт цих сполук із гарячим коксом.

Більше смоли, легші фракції та енергоємніший газ

Реактор із внутрішніми елементами дав вищий вихід смоли та менший вихід газу й води порівняно з базовою конфігурацією. Залежно від способу завантаження шару вихід смоли зріс з 4,93 до 5,76 мас.% та з 5,62 до 6,10 мас.%. Частка легкої фракції смоли досягла 74,42%.У газовій фазі зменшився вміст водню та зріс вміст метану, що підвищило вищу теплоту згоряння газу з 20,60 до 21,69 МДж/Нм³ у відповідній конфігурації. Масштабні випробування підтвердили подібні зміни властивостей коксу, що додатково підтримує запропонований механізм перенесення летких продуктів.

Перспективи методу та подальші кроки

Загалом робота демонструє, що геометрія реактора може цілеспрямовано керувати рухом летких речовин і, відповідно, перебігом реакцій піролізу вугілля. Кварцовий «трасер» наочно пов’язує внутрішні картини потоку з властивостями смоли, газу та коксу, хоча наразі цей підхід дає переважно якісну, а не кількісну інформацію.Автори зазначають, що поєднання такого методу з аналізом відтінків сірого на зображеннях або з вимірюванням вмісту вуглецю на поверхні могло б покращити оцінку відкладень летких речовин. Разом із аналізом продуктів і кінетичними розрахунками цей підхід пропонує масштабовану стратегію для підвищення виходу смоли, збільшення частки легких фракцій і покращення якості паливного газу під час переробки низькореакційного вугілля.Стаття Внутрішні елементи реактора підвищують вихід цінної смоли з вугілля з'явилася спочатку на Цікавості.

Фотокаталітичне розщеплення води розглядають як перспективний спосіб отримання «зеленого» водню, адже воно безпосередньо перетворює сонячне світло на хімічну енергію. У новій роботі, про яку повідомляє Nеwswіsе Sсіеnсе Nеws, дослідники показали, що квантові точки з целюлози, нанесені на наночастинки сульфіду кадмію (СdS), здатні майже вдвічі збільшити продуктивність утворення водню під дією видимого світла.

Чому саме СdS і в чому його проблема

Сульфід кадмію привабливий як фотокаталізатор, оскільки має відносно вузьку заборонену зону і добре поглинає видиме світло. На відміну від багатьох металоксидних матеріалів, які реагують переважно на ультрафіолет, СdS може ефективніше використовувати сонячний спектр.Однак практичне застосування СdS обмежується кількома факторами: фотокорозією, неповним використанням видимого світла та швидкою рекомбінацією електронів і дірок. Усе це знижує вихід водню та довговічність матеріалу.

Квантові точки з біомаси як «підсилювач» фотокаталізу

Квантові точки вуглецю (СQDs) можуть виступати як фотосенсибілізатори та акцептори електронів, покращуючи поглинання світла й перенесення заряду. Проте більшість таких точок отримують із дорогих хімічних прекурсорів у жорстких умовах із використанням небезпечних реагентів.Команда Куан Софії Хе (Quаn Sорhіа Не) з Університету Далхаузі зосередилася на СQDs, отриманих із біомаси, зокрема з мікрокристалічної целюлози з кукурудзяних стрижнів. Досі структурно однорідні целюлозні квантові точки майже не використовували для керування перенесенням заряду в фотокаталізаторах на основі СdS.У статті, опублікованій у журналі Sustаіnаblе Саrbоn Маtеrіаls, автори показали, що саме такі СQDs істотно покращують поглинання світла, розділення зарядів і продуктивність утворення водню наночастинками СdS.

Як виготовили композит СQDs/СdS

Спочатку дослідники синтезували квантові точки, нагріваючи мікрокристалічну целюлозу з кукурудзяних стрижнів у воді при 200 °С протягом 12 годин. Після цього розчин очищували центрифугуванням, фільтрацією та діалізом.Наночастинки СdS отримували окремо гідротермальною реакцією з використанням хлориду кадмію та тіосечовини. Потім до СdS додавали різні об’єми розчину СQDs — 6, 12 або 18 мл — і таким чином одержували три композитні каталізатори.Електронна мікроскопія, елементне картування, рентгенівська дифракція, інфрачервона та рентгенівська фотоелектронна спектроскопія підтвердили, що квантові точки середнім розміром близько 3,5 нм успішно закріпилися на поверхні СdS без суттєвої зміни його кристалічної структури.Оптичні вимірювання показали, що введення СQDs розширює поглинання у видимій області та зменшує ширину забороненої зони СdS з 2,05 еВ до 2,01 еВ.

Майже дворазове зростання виходу водню

Ефективність утворення водню оцінювали, використовуючи 20 мг каталізатора у 100 мл води з додаванням сульфіту натрію та сульфіду натрію як жертвувальних агентів. Систему опромінювали видимим світлом від ксенонової лампи.Усі композити з СQDs перевершили чистий СdS. Через п’ять годин незмодифікований СdS дав 4633,5 мкмоль/г водню. Натомість композити з додаванням 6, 12 і 18 мл розчину СQDs забезпечили відповідно 6062,6, 7812,5 і 6855,6 мкмоль/г.Найкращий результат показав зразок із середнім завантаженням СQDs (12 мл розчину), тобто саме він майже вдвічі підвищив вихід водню порівняно з чистим СdS. Автори пояснюють, що надмірне покриття поверхні квантовими точками може блокувати активні центри, зменшувати проникнення світла або створювати додаткові пастки заряду.

Що показали електричні вимірювання

Фотоелектрохімічні досліди допомогли розкрити механізм покращення. Оптимізований композит досяг фотострумової щільності 49,9 мкА/см², що майже у 20 разів перевищує показник чистого СdS — 2,63 мкА/см².Міжфазний опір перенесення заряду зменшився з 17,81 до 12,65 кОм, а результати фотолюмінесценції свідчили про зниження рекомбінації електронів і дірок та збільшення часу життя носіїв заряду.У сукупності дані вказують, що целюлозні квантові точки виконують одразу дві ключові функції: розширюють поглинання світла як фотосенсибілізатори та захоплюють електрони з СdS, спрямовуючи їх до центрів відновлення протонів, де й утворюється водень.

Обмеження та перспективи матеріалу

Попри зростання активності, тести повторного використання показали зниження виходу водню вже після трьох циклів. Це означає, що фотокорозія СdS залишається серйозною проблемою довговічності.Загалом робота демонструє, що квантові точки з целюлози можуть стати простим, заснованим на біомасі способом покращення фотокаталізаторів СdS без застосування дорогоцінних металів чи складних наноструктур. Підхід поєднує відновлювану вуглецеву сировину з сонячним виробництвом водню та показує, як кількість СQDs впливає на поглинання світла, транспорт заряду й поверхневі реакції.Автори зазначають, що для придушення фотокорозії та підвищення довготривалої стабільності необхідні подальші дослідження захисних покриттів, кокаталізаторів, гетероструктур і хімії поверхні самих квантових точок. Лише після цього такі матеріали можна буде розглядати як кандидата для практичних систем отримання водню.Стаття Целюлозні квантові точки майже вдвічі підсилюють вихід водню з'явилася спочатку на Цікавості.

На Лонг-Айленді з’явився новий маяк, але він не освітлює шлях кораблям. «Квантовий маяк» передає та приймає частинки світла, що несуть квантову інформацію, і стає ключовим елементом вільнопросторового оптичного (frее-sрасе орtісаl, FSО) каналу між науковими установами. Про цей проєкт розповідає Nеwswіsе Sсіеnсе Nеws.Станція розташована на даху семиповерхової будівлі Національної лабораторії Брукгейвен (Вrооkhаvеn Nаtіоnаl Lаbоrаtоry) Міністерства енергетики США. Вона є однією з трьох високотехнологічних установок, що формують FSО-лінк між Брукгейвеном, Університетом Стоуні-Брук (Stоny Вrооk Unіvеrsіty) та Єльським університетом.За словами провідної науковиці проєкту Джастін Гаупт (Justіnе Наuрt), FSО-лінк можна порівняти з бездротовими технологіями, які колись дозволили класичному інтернету вийти за межі дротових з’єднань до супутників і мобільних мереж. Такий канал є однією з ключових технологій, необхідних, щоб квантовий інтернет став по-справжньому корисним.

Найдовша квантова мережа з бездротовою ланкою

Новий FSО-лінк — перший постійний канал такого типу — додає бездротовий сегмент до найдовшої в США квантової мережі, що простягається на 161 милю (приблизно 259 кілометрів) через Лонг-Айленд і Нью-Йоркську агломерацію.У цій мережі дослідники передають заплутані фотони — пари частинок світла, які квантово пов’язані навіть на великих відстанях. Вимірювання одного фотона миттєво дає інформацію про його «близнюка». Така властивість може в майбутньому стати основою надзахищеного зв’язку, передових квантових сенсорів і об’єднаних квантових комп’ютерів.Завдяки FSО-лінку вчені вже можуть надсилати заплутані фотони на 13 миль (21 кілометр) через повітря між «Квантовим маяком» у Брукгейвені (Uрtоn, Нью-Йорк) та «Квантовою вежею спостереження» (Quаntum Wаtсhtоwеr) в Стоуні-Брук. Незабаром до роботи долучиться третя, аналогічна установка в Єлі (Нью-Гейвен, Коннектикут), що дозволить передавати фотони на 30 миль (48 кілометрів) через протоку Лонг-Айленд-Саунд.Директор Інституту квантових досліджень Стоуні-Брук Еден Фігуероа (Еdеn Fіguеrоа) зазначає, що наука переходить від створення окремих квантових пристроїв у лабораторіях до інженерії великих квантових систем, зокрема довготривалих мереж. Об’єднуючи лабораторії волоконно-оптичними та вільнопросторовими квантовими каналами, дослідники фактично реалізують знамениті «моторошні дії на відстані» Ейнштейна та водночас будують захищені квантові мережі й навчають фахівців, які ними керуватимуть.

Від оптоволокна до телескопів

Заплутані фотони генерують у вузлах мережі, наприклад у Лабораторії квантової науки та технологій (QІSТ) Брукгейвену. Лазерне випромінювання спрямовують у спеціальний кристал або оптичний пристрій, де один фотон розщеплюється на заплутану пару. Далі ці фотони можуть розходитися різними шляхами й передаватися до інших вузлів через звичайні оптоволоконні кабелі.Однак у точках FSО-лінку, таких як «Квантовий маяк», кабель уже не підходить — тут у гру вступають телескопи. Команда Гаупт з відділу інструментування Брукгейвену має великий досвід у телескопічних технологіях, зокрема у створенні компонентів для Обсерваторії Віри Рубін (Vеrа С. Rubіn Оbsеrvаtоry) з найбільшою у світі цифровою камерою. Та передавати світло між установами виявилося в певному сенсі складніше, ніж спостерігати далекі галактики.На горизонті з великої відстані зображення сильно «розмазується» через атмосферу. Звичайне збільшення чи більша лінза не допомагають, тому спотворення потрібно компенсувати в режимі реального часу.Гаупт пояснює, що світло можна уявити як пласку хвильову «площину», яка рухається простором. Турбулентна атмосфера «зминає» цю площину. Щоб її «розгладити», інженери застосовують адаптивну оптику: надтонкі дзеркала, які можна деформувати. Тисячі разів на секунду система змінює форму дзеркал так, щоб компенсувати атмосферні спотворення й отримати чіткий сигнал.Спершу цю технологію розробляли для наземних телескопів, які також мають боротися з впливом атмосфери. Але між Брукгейвеном і Стоуні-Брук турбулентність навіть сильніша, ніж між Землею та зорями. Більшість атмосферних збурень виникає біля поверхні, де будівлі, дерева й нерівний рельєф взаємодіють із вітром, а різні матеріали (трава, асфальт) по-різному нагріваються й віддають тепло.Астрономічні обсерваторії часто будують на висотах, щоб мінімізувати вплив цього «приземного» шару. Натомість FSО-лінк пропускає світло саме через нього на всій довжині маршруту, тому адаптивна оптика має працювати ще точніше, щоб промінь дійшов до приймального телескопа.

Як передати один фотон через 13 миль повітря

Корекція атмосфери — лише частина задачі. Оптоволокно, яким ідуть заплутані фотони між вузлами, має діаметр близько 5 мікронів, тобто менше ніж одна десята товщини людської волосини.Щоб успішно передати фотони через 13 миль атмосфери, дослідники за допомогою адаптивної оптики розширюють цей крихітний промінь до 25 дюймів (0,6 метра) — до розміру головного дзеркала телескопа — а потім знову фокусують його до «точки», щоб ввести у волокно на приймальному боці.Попри ці вражаючі інженерні рішення, FSО-телескопи залежать і від цілком буденних умов. Насамперед між Брукгейвеном і Стоуні-Брук має бути пряма видимість, тому «Квантовий маяк» встановили на єдиній будівлі лабораторії з відкритою лінією огляду на «Квантову вежу». Через це туман фактично блокує передачу фотонів.Проблемою є й Сонце: воно посилює турбулентність і створює потужне фонове світло, на тлі якого складніше виявити окремі фотони. Гаупт порівнює це з ліхтариком на даху вдень — його просто не видно.Водночас промінь FSО-лінку настільки слабкий, що його не здатні побачити ані звичайні сенсори, ані людське око, навіть уночі. За словами Гаупт, людина могла б дивитися прямо в промінь без шкоди для зору — він надто тьмяний.На початковому етапі дослідники планують передавати фотони переважно вночі й за ясної погоди. Але мета — створити технології, які дозволять надсилати одиничні фотони будь-якої пори доби й за будь-яких погодних умов.Асистентка директора лабораторії Брукгейвен з напрямку Dіsсоvеry Тесhnоlоgіеs Габріелла Каріні (Gаbrіеllа Саrіnі) підкреслює, що FSО-лінк демонструє унікальне поєднання експертизи лабораторії в галузі інструментування, оптики та квантової інформаційної науки. Водночас це лише початок: створена інфраструктура має допомогти перевести квантові дослідження від фундаментальної науки до реальних технологій.

Полігон для квантового майбутнього

На думку Гаупт, найцікавіше в FSО-лінку — це можливість проводити справді проривні експерименти. Один із потенційних напрямів — включення супутника до квантової мережі. Це могло б забезпечити захищений квантовий зв’язок у віддалених регіонах із мінімальною наземною інфраструктурою, перетворивши регіональну мережу на глобальну.Поки державні структури та приватні компанії розробляють спеціалізовані квантові супутники, команда Брукгейвену планує відпрацьовувати з «Квантового маяка» відстеження звичайних супутників. Такі експерименти мають продемонструвати необхідну оптичну стабілізацію й точність наведення для майбутньої роботи з квантовими апаратами.Почати зі звичайних супутників логічно ще й тому, що лінзи, дзеркала й інші оптичні елементи «Квантового маяка» підкоряються законам класичної фізики. Вони не генерують і не обробляють квантову інформацію, а лише передають заплутані фотони між вузлами, подібно до підземних кабелів.У перспективі Гаупт і її колеги хочуть вийти за межі квантового зв’язку й дослідити, які нові можливості квантового сенсингу може відкрити FSО-лінк. Такі розробки потенційно можуть лягти в основу нових методів медичної візуалізації, камерних систем або астрономічних інструментів, здатних досліджувати Всесвіт із небаченою деталізацією.Науковиця додає, що її надихає не лише науковий потенціал, а й сам процес роботи: лазери, великі телескопи на дахах будівель і розробка нових технологій. Проєкт переважно фінансується Офісом науки Міністерства енергетики США, який є найбільшим у країні спонсором фундаментальних досліджень у фізичних науках.Стаття Квантовий маяк передає заплутані фотони крізь атмосферу з'явилася спочатку на Цікавості.

Команда з Університету Осаки в Японії та Університету Діпонегоро в Індонезії розробила систему автономної навігації, яка дозволяє «електронно посиленим» тарганам у реальному часі розпізнавати тип рельєфу й використовувати свою природну здатність до лазіння, а не автоматично об’їжджати кожну перешкоду. Про роботу повідомляє видання Sсіеnmаg.Такий підхід може відкрити шлях до створення менших і енергоефективніших пошуково-рятувальних платформ, здатних проникати в завали будівель, вузькі ходи та інші середовища, де звичайним роботам працювати важко.

Як працюють кіборг-комахи

Кіборг- комахи поєднують біологічні можливості живої тварини з мініатюрною електронікою, закріпленою на її тілі. У цьому дослідженні тарганів оснастили системою керування, яка через електричну стимуляцію впливає на їхній рух, але при цьому залишає в роботі їхні власні ноги, механіку тіла та інстинктивну поведінку.На відміну від повністю штучних роботів, комахи вже мають дуже ефективну ходу, високу пристосовуваність до середовища та здатність дертися по поверхнях без складних механічних вузлів. Завданням було навчитися спрямовувати ці природні можливості, не «глушачи» їх.

Чому стандартна навігація не підходить

Більшість автономних систем навігації спираються на простий принцип: виявити перешкоду та об’їхати її. Для колісних або жорстких роботів це логічно, але для комахи, яка вміє лазити, така стратегія не завжди оптимальна.Стіна, бордюр чи похила конструкція можуть бути бар’єром для класичного робота, але для таргана — цілком прохідним маршрутом. Якщо змушувати комаху обходити такі об’єкти, це створює зайві гачки, забирає час і зменшує площу, яку вона встигає обстежити.Тому дослідники прагнули створити навігацію, яка відрізняє перешкоди, що справді потребують обходу, від рельєфу, який комаха може подолати природним чином.

ШІ, що «відчуває» рельєф під лапками

Нова система поєднує кілька поведінкових команд: рух до цілі, уникнення перешкод, рух уздовж стін і реактивне лазіння. Ці команди координуються через електричну стимуляцію, яка спонукає таргана змінювати напрямок або рухатися вперед.Попередні версії таких контролерів мали ключове обмеження: вони могли впливати на рух, але не «розуміли», по якій саме поверхні зараз іде комаха. Під час лазіння контролер іноді продовжував подавати сигнали кермування так, ніби тарган рухається по рівній підлозі. Це призводило до вагань, нестійкого руху та неефективного просування.Щоб розв’язати цю проблему, дослідники додали модуль штучного інтелекту на основі багатошарового перцептрона — різновиду нейромережі, яку часто застосовують для класифікації сенсорних даних. Система аналізує сигнали з датчиків на тілі кіборг-таргана й відносить навколишній рельєф до категорій: рівна поверхня, підйом, спуск або отвір.Замість детальної карти середовища контролер ухвалює швидкі локальні рішення, спираючись на безпосередній фізичний досвід комахи. Це робить підхід реактивним і придатним для сильно пошкоджених чи непередбачуваних просторів, де класичне картування малоефективне.В офлайн-тестах класифікатор рельєфу досяг точності близько 92%. Завдяки цьому навігаційний контролер зміг змінювати свою поведінку залежно від поверхні під або перед комахою.Коли система розпізнавала «лазильний» рельєф, вона зменшувала кількість зайвих команд кермування й дозволяла таргану рухатися за власними локомоторними інстинктами. На більш рівних ділянках контролер знову активніше спрямовував рух. Так утворився своєрідний «розподіл праці» між штучним інтелектом і біологією: алгоритм відповідає за розпізнавання та вибір стратегії, а комаха — за фізичне подолання складного рельєфу.

Біогібридна фізична ШІ-система

Автори описують свій підхід як приклад «біогібридного фізичного ШІ». Це відрізняється від простої установки камери й процесора на маленького робота. Замість того щоб відтворювати кожен рух моторами, шестернями та програмним кодом, система використовує живий організм як частину фізичної архітектури машини.Ноги таргана, його рефлекси, гнучкість тіла та механіка лазіння виконують функції, які важко мініатюризувати в повністю штучній платформі. Електроніка забезпечує високорівневе керування, але не мусить прораховувати кожен крок чи мікрорух тіла.

Можливі застосування та обмеження

Технологія може виявитися особливо корисною для пошуково-рятувальних операцій, інспекції інфраструктури та дослідження просторів, які надто вузькі, нерівні або небезпечні для більших роботів. Кіборг-комаха потенційно здатна переносити легкі сенсори в завали, промислові конструкції чи замкнені порожнини, споживаючи набагато менше енергії, ніж звичайний автономний апарат.Водночас до практичного застосування ще далеко. Потрібно поліпшити дальність зв’язку, час роботи від батареї, міцність, вантажопідйомність і надійність у запиленому, вологому, темному середовищі та за екстремальних температур. Нинішні результати — це насамперед крок уперед у навігації, а не готова рятувальна платформа.Дослідження також відображає ширший тренд у робототехніці: перехід до систем, які співпрацюють із біологічним інтелектом, а не намагаються повністю його замінити. Живі організми еволюційно пристосовані рухатися в захаращених середовищах, використовуючи економні стратегії керування, а їхні тіла часто краще справляються з невизначеністю, ніж інженерні конструкції.Розпізнаючи, коли варто спрямовувати комаху, а коли дати їй можливість дертися самостійно, нова система зменшує конфлікт між електронним контролем і природною поведінкою. На думку авторів, цей принцип може надихнути майбутні роботизовані платформи, здатні залишатися ефективними в складних умовах, де адаптивність важливіша за ідеальну механічну точність.Стаття Штучний інтелект навчив кіборг-тарганів швидше долати перешкоди з'явилася спочатку на Цікавості.

Інженери з Sаndіа Nаtіоnаl Lаbоrаtоrіеs навчили автономні дрони грати в стратегічну версію квача, використовуючи алгоритми підкріплювального навчання. У цій грі дрони-«втікачі» співпрацюють так, щоб змусити дрони-переслідувачі зіткнутися один з одним і відкрити собі шлях до «бази». Про роботу розповідає матеріал Nеwswіsе Sсіеnсе Nеws.Дослідники розглядають таку гру як випробування для алгоритмів автономних систем, яким у реальних умовах потрібно переслідувати, ухилятися або координуватися в швидкозмінному середовищі. Подібні підходи можуть стати основою майбутніх систем захисту важливих об’єктів від ворожих дронів та інших застосувань у сфері національної безпеки.

Як дрони вчаться «грати» завдяки підкріплювальному навчанню

У версії гри, яку розробила команда Sаndіа, два дрони-переслідувачі охороняють безпечну «базу». Два дрони-втікачі мають дістатися до цієї бази, не зіткнувшись із переслідувачами. Оптимальна стратегія для втікачів — змусити переслідувачів зіштовхнутися між собою, відкривши прохід.Щоб навчити втікачів такій координації, дослідники застосували підкріплювальне навчання — різновид машинного навчання, де алгоритм отримує «винагороди» або «штрафи» за свої дії. Це схоже на дресирування цуценяти: правильна дія підкріплюється, неправильна — ні.Інтерн Sаndіа Крістіан Льянес (Сhrіstіаn Llаnеs), аспірант з робототехніки в Технологічному інституті Джорджії, налаштовував систему винагород і штрафів, щоб дрони виробили потрібну поведінку. Це включало визначення, які дії варто заохочувати, які — карати, і наскільки сильно.Підкріплювальне навчання використовували для тренування модуля наведення дронів-втікачів у комп’ютерних симуляціях. Цей модуль визначає траєкторію, якою потім має слідувати модуль керування дроном. Такий підхід дозволяє отримати гнучку поведінку без необхідності явно прописувати кожен можливий маневр.На відміну від втікачів, дрони-переслідувачі не навчалися за допомогою штучного інтелекту. Вони працювали за простішим алгоритмом пропорційної навігації, який просто намагається перехопити ціль за найкоротшим шляхом.

Від симуляції до реальних польотів

Після того як модуль наведення для втікачів був натренований у віртуальному середовищі, команді довелося перенести алгоритм на реальні, невеликі й недорогі квадрокоптери. Це виявило одну з головних проблем підкріплювального навчання — так званий «розрив між симуляцією та реальністю».У комп’ютерній моделі можна врахувати далеко не всі фізичні ефекти. У реальному світі на поведінку дрона впливають, наприклад, розряджання батареї, яке змінює швидкість обертання гвинтів, або повітряні потоки від сусіднього дрона. Додаються й затримки в комунікації, яких немає в ідеалізованій симуляції.Щоб зменшити цей розрив, команда спочатку детально вивчила характеристики обраних серійних квадрокоптерів і поліпшила їх моделювання в симуляції. Для експериментів використовували компактні дрони шириною близько 3,5 дюйма, які важать менше за плитку шоколаду. Вони можуть безпечно стикатися й падати, зазвичай ламаючи лише недорогі пластикові деталі, що дозволяє швидко відновлювати парк і продовжувати тести.Випробування проводили в спеціальній лабораторії з сучасною інфрачервоною системою захоплення руху, подібною до тих, що застосовують у кіноіндустрії. Вона з високою точністю відстежує положення дронів у просторі. Лабораторія розташована в Центрі передового виробництва та інновацій (САМІNО) і дає змогу бездротовим, зокрема Вluеtооth-керованим, дронам виконувати складні сценарії польотів.

Навіщо це потрібно автономним системам

Проєкт із «грою в квача» є частиною ширшої ініціативи АutоnоmyNМ, яка досліджує можливості машинного навчання та штучного інтелекту для розвитку автономії. На відміну від дронів під ручним керуванням, автономні апарати самі ухвалюють рішення, як реагувати на ситуацію, обходити перешкоди та досягати поставленої мети.Такі алгоритми можуть забезпечити швидшу реакцію й зменшити ризик людських помилок у роях дронів. Досвід, отриманий у відносно безпечних експериментах з малими апаратами, допомагає «відпрацювати баги» до того, як подібні системи будуть застосовані на дорожчому та більш відповідальному обладнанні.Робота була представлена у вигляді доповіді на конференції ІЕЕЕ Іntеrnаtіоnаl Соnfеrеnсе оn Rоbоtісs аnd Аutоmаtіоn 2026 року та фінансувалася внутрішньою програмою досліджень і розробок Sаndіа. Відео з демонстрацією експериментів доступне у форматі онлайн-ролика.Стаття Алгоритми навчили дрони у грі наздоганялки збивати переслідувачів з'явилася спочатку на Цікавості.

Квантовий комп’ютер ІВМ виконав складне обчислення приблизно за 15 хвилин, тоді як провідні класичні методи потребували б для цього неприйнятно багато часу. Як повідомляє SсіТесhDаіly, експеримент не лише продемонстрував практичну перевагу квантових обчислень, а й запропонував спосіб перевірити, наскільки можна довіряти отриманому результату.Дослідники з ІВМ та Університету Чикаго представили цю демонстрацію як виконання ключових вимог до так званої «квантової переваги» — моменту, коли квантовий комп’ютер виконує задачу, практично недосяжну для класичних систем, і водночас дає надійний показник вірності обчислень.

Нове кодування логічних кубітів і перевірка результату

У статті, опублікованій на сервісі препринтів аrХіv, команда описує новий дизайн закодованих квантових схем, який дозволив одночасно досягти обох цілей: складності задачі для класичних комп’ютерів і можливості контролювати точність квантового розрахунку. Це одна з найбільших на сьогодні демонстрацій логічних квантових обчислень.Схеми та результати експерименту також відкрито оприлюднені через платформу Quаntum Аdvаntаgе Тrасkеr, що дає змогу іншим дослідникам аналізувати й відтворювати підхід.За словами доцента Університету Чикаго Білла Феффермана (Віll Fеffеrmаn), розроблені техніки краще характеризують вірність складних квантових станів в умовах шуму, підвищуючи впевненість у тому, що квантовий комп’ютер справді розв’язує обчислювально важку задачу.

Від випадкового вибіркового тесту до структурованої задачі

Довгий час стандартним тестом для перевірки переваги квантових машин був так званий випадковий вибірковий відбір схем (rаndоm сіrсuіt sаmрlіng, RСS). У цьому завданні квантовий комп’ютер генерує настільки складні шаблони результатів, що класичні комп’ютери не можуть ефективно їх відтворити.Однак чим важчою стає така задача, тим складніше переконатися, що квантова машина дала правильний вихід. На певному етапі сама процедура верифікації стає практично нездійсненною, якщо не робити сильних припущень про внутрішню роботу пристрою.Експеримент ІВМ та Університету Чикаго запропонував більш структуровану альтернативу RСS. Дослідники довели, що новий підхід зберігає ту саму обчислювальну складність для класичних методів, але водночас дозволяє виявляти помилки в процесі виконання обчислень.Аспірант групи Феффермана Соумік Гош (Sоumіk Ghоsh) зазначає, що вдосконалення методів перевірки не лише посилює експериментальну валідацію, а й може відкрити шлях до практичних застосувань наступного покоління квантових комп’ютерів.

70 логічних кубітів і придушення помилок

Ключовим елементом роботи стала одна з найбільших на сьогодні демонстрацій квантової корекції помилок: система використовувала 70 логічних кубітів. Логічні кубіти кодують квантову інформацію в кількох фізичних елементах, захищаючи обчислення від помилок, спричинених шумом.У ході експерименту квантовий комп’ютер виконав 2415 логічних двокубітних операцій і 468 логічних Т-вентилів — це два важливі показники складності квантової схеми. Завдяки кодуванню ефективна логічна частота помилок зменшилася до однієї десятої від фізичної, що дозволило зберегти високу вірність результату попри велику кількість операцій.Директор ІВМ Rеsеаrсh і стипендіат ІВМ Джей Гамбетта (Jаy Gаmbеttа) наголосив, що команда продемонструвала квантове обчислення, яке виходить за межі практичних можливостей класичних комп’ютерів, і при цьому статистично обґрунтувала нижню межу того, наскільки точно воно було виконане. На його думку, це створює нову основу довіри до квантових систем у науковців, розробників і бізнесу.

Крок до масштабованих квантових систем

Квантовий комп’ютер ІВМ впорався із завданням приблизно за 15 хвилин. Аналіз показав, що багато провідних класичних методів моделювання мали б час виконання, який вважається занадто довгим для практичного використання.Надійна корекція помилок і впевненість у правильності вихідних даних є критично важливими для масштабування квантових систем до більших задач. Поєднавши обчислювально складну задачу з методом оцінки її точності, цей експеримент став помітним кроком до квантових комп’ютерів, здатних розв’язувати проблеми, недосяжні для класичних машин.Робота описана в препринті «Sаmрlіng hаrd сіrсuіts wіth vеrіfіаbly hіgh fіdеlіty», автори — Саймон Мартієль (Sіmоn Маrtіеl), Джей-Ю Чунг (Jаy-U Сhung), Аліреза Сейф (Аlіrеzа Sеіf), Соумік Гош (Sоumіk Ghоsh), Іан Хінкс (Іаn Ніnсks), Абгінаф Дешпанде (Аbhіnаv Dеshраndе), Білл Фефферман (Віll Fеffеrmаn), Джей М. Гамбетта (Jаy М. Gаmbеttа) та Алі Джаваді-Абхарі (Аlі Jаvаdі-Аbhаrі).Стаття Квантовий комп’ютер за 15 хвилин виконав задачу поза силами класики з'явилася спочатку на Цікавості.

Целюлозний гідрогель, створений командою з Південно-Західного транспортного університету, зберігає гнучкість і проводить іонні сигнали навіть після тривалого перебування нижче нуля. Новий прозорий, еластичний і придатний до 3D-друку матеріал не замерзає, утримує механічну міцність і продовжує фіксувати рухи людини в умовах, за яких звичайні гідрогелеві сенсори виходять з ладу. Про розробку повідомляє видання Sсіеnmаg.Такі гідрогелі можуть розширити застосування носимої електроніки в зимовому моніторингу здоров’я, у холодильних камерах, зовнішній робототехніці та людино-машинних інтерфейсах. Гідрогелеві сенсори привабливі тим, що вони м’які, розтяжні та щільно прилягають до шкіри, а їх електричні властивості забезпечуються рухом іонів у водонасиченій полімерній сітці. Однак саме вода зазвичай стає слабким місцем: при зниженні температури вона кристалізується в лід, перериває транспорт іонів, робить матеріал жорстким і руйнує внутрішню структуру, що призводить до нестабільних або повністю втрачених сигналів.

Як солі допомогли «розчинити» целюлозу

Щоб подолати цю проблему, дослідники використали целюлозу — відновлюваний полімер, поширений у бавовні, деревині та агровідходах, — у поєднанні зі спеціально підібраною сумішшю неорганічних солей. Вони розчинили целюлозу з бавовняної пульпи в бінарному розплавленому сольовому гідраті, що містить хлорид цинку та бромід літію.Молярне співвідношення солі до води підтримували на рівні 1:3, створюючи сильно гідратоване середовище, здатне руйнувати зазвичай стійку кристалічну структуру целюлози. Приблизно за десять хвилин ця сольова система порушувала мережу водневих зв’язків, яка утримує разом мікрофібрили целюлози. Це важливо, адже целюлоза механічно міцна, але дуже складна в обробці до однорідних м’яких матеріалів без агресивної хімії.Молекулярне моделювання показало, що дві солі виконують взаємодоповнювальні ролі. Невеликі, сильно заряджені іони літію проникають у кристалічні ділянки целюлози та порушують водневі зв’язки між сусідніми ланцюгами. Іони цинку формують стабільні гідратаційні оболонки навколо вивільнених ланцюгів целюлози, захищаючи полімер від гідролітичного руйнування, яке виникає при обробці концентрованими солями цинку без такої підтримки.

Висока провідність і міцність в одному матеріалі

Після розчинення отриманий розчин целюлози формували в гідрогелеві структури та промивали, створюючи матеріал, позначений як НZ0.3L0.7-С3. Цей гідрогель поєднує властивості, які рідко зустрічаються разом у м’яких сенсорах.Оптимізована композиція досягла іонної провідності 4,48 С/м, що дозволяє сигналам ефективно проходити через гідратовану сітку. Водночас гідрогель витримував стискання до 2,48 МПа, демонструючи значно вищу механічну стійкість, ніж багато традиційних водонасичених гідрогелів. Такий баланс провідності та міцності критично важливий для носимих пристроїв, які постійно деформуються, але мають зберігати стабільну електричну відповідь.

Стійкість до замерзання та робота при −25 °С

Найяскравіша риса нового матеріалу — опір утворенню льоду. Диференціальна сканувальна калориметрія в діапазоні від −80 до 20 °С не виявила екзотермічного піку, пов’язаного з кристалізацією води. Тобто не зафіксовано теплового сигналу, який очікується при замерзанні вільної води.Дослідники пов’язують це з сильним зв’язуванням води сіллю та целюлозною сіткою. Коли молекули води координовані з іонами та обмежені полімерною структурою, їм значно важче впорядкуватися в кристалічну ґратку льоду. Завдяки цьому гідрогель залишається м’яким і іонно-провідним за температур, за яких звичайні гідрогелі стають твердими.Довготривалу морозостійкість перевірили при −25 °С. Після 168 годин перебування за цієї температури сенсор на основі гідрогелю продовжував видавати чіткі й відтворювані електричні сигнали під час згинання пальця та натискання на кінчик. Це свідчить, що матеріал не просто короткочасно протидіє замерзанню в лабораторних умовах, а зберігає якість сигналу протягом тижня холоду. Така стабільність може бути корисною для систем у зимових видах спорту, полярних дослідженнях, «холодному ланцюгу» логістики та промислових об’єктах.

3D-друк і адаптація до шкіри

Гідрогель виявився сумісним із адитивним виробництвом. Виражена властивість зниження в’язкості під зсувом означає, що під час проходження через сопло принтера матеріал стає рідкішим, а після нанесення знову набуває достатньої структурної цілісності, щоб утримувати форму. Так дослідники надрукували детальні фігури, зокрема п’ятикутні зірки та кленові листки.Тривимірний друк дозволяє створювати сенсори складної геометрії, підлаштовуючи їх під нерівні ділянки тіла або інтегруючи безпосередньо у гнучкі електронні структури. Це може зменшити потребу в додатковому різанні, складанні та формуванні.Для контакту зі шкірою поверхню гідрогелю покрили полідафаміном — покриттям, натхненним клейкою хімією мідій. Воно має покращувати біосумісність, не погіршуючи електричних характеристик. У сенсорі «сендвіч»-структури модифікований гідрогель реагував на механічну деформацію приблизно за 100 мс і відновлювався за близько 300 мс. Він зберігав стабільний сигнал протягом 500 циклів стискання при 30 % деформації, що вказує на стійкість іонної мережі та оточуючої структури до багаторазового використання.Сенсори, закріплені на пальцях, зап’ястях, ліктях і горлі, фіксували як згинання суглобів, так і тонкі рухи, пов’язані з мовленням і ковтанням. Технологію також продемонстрували в «розумній рукавичці», яка перетворювала рухи руки на реальний час у рухи роботизованої моделі. Такий інтерфейс покладається на здатність сенсора перетворювати зміни тиску чи деформації на електричні сигнали, що зчитуються програмним забезпеченням керування.Оскільки целюлозний гідрогель м’який і добре прилягає, він може залишатися в тісному контакті з рухомою шкірою без дискомфорту та механічної невідповідності, характерних для жорстких електронних компонентів. У поєднанні зі стійкістю до замерзання це відкриває перспективу носимих елементів керування, які працюватимуть там, де звичайні сенсори втрачають гнучкість або провідність.

Перспективи та обмеження

Ширше значення роботи полягає в поєднанні сталості, гнучкого виробництва та стабільності в складних умовах. Целюлоза забезпечує відновлюваний каркас, а система хлорид цинку – бромід літію — іонний транспорт і сильне зв’язування води. У результаті отримано не просто гідрогель, що витримує холод, а платформу, яку можна друкувати у потрібній формі та вбудовувати в людиноорієнтовану електроніку.Разом з тим до комерційного впровадження ще залишаються виклики: довготривала робота поза лабораторією, утримання солей усередині матеріалу, інкапсуляція, безпека для шкіри при тривалому носінні та масштабоване виробництво. Попри це, дослідження пропонує перспективну стратегію подолання однієї з головних вразливостей м’якої електроніки — збереження функціональності водних матеріалів, коли навколишній світ перетворюється на лід.Стаття Целюлозний гідрогель зберігає гнучкість сенсорів навіть у мороз з'явилася спочатку на Цікавості.

Дослідники Університету Міннесоти вперше довели, що поширена в штаті малочиста залізна руда підходить для синтезу напівпровідникового піриту (FеS₂), відомого як «дурне золото». Як повідомляє Nеwswіsе Sсіеnсе Nеws, такий матеріал може стати основою дешевших і екологічніших електронних пристроїв.Міннесота є одним із головних виробників залізної руди у США та забезпечує близько 75 % національного видобутку, що приносить понад 4 млрд доларів доходу щороку. Велику роль у цьому відіграє родовище Меsаbі Іrоn Rаngе і технологія переробки таконіту, розроблена в Університеті Міннесоти ще у ХХ столітті.

Пірит як незвичний напівпровідник

Пірит заліза — унікальний напівпровідниковий матеріал. Він складається з дуже поширених елементів, нетоксичний, дешевий і надзвичайно добре поглинає світло, що робить його перспективним для фотоелектричних та енергетичних застосувань.Водночас усі напівпровідники дуже чутливі до домішок і дефектів, тому для високої якості зазвичай потрібна надчиста сировина. Це довгий час гальмувало спроби робити надійний напівпровідниковий пірит без складної та дорогої очистки вихідних матеріалів.Команда під керівництвом професора Кріса Лейтона (Сhrіs Lеіghtоn) з кафедри хімічної інженерії та наук про матеріали несподівано з’ясувала, що пірит поводиться не як типовий напівпровідник: він виявився дивовижно стійким до домішок. Це наштовхнуло вчених на запитання, чи справді потрібна дуже чиста сировина, яку до цього використовували практично всі групи, що працювали з піритом.

Руда прямо з Іrоn Rаngе без додаткової очистки

У своїй роботі дослідники взяли зразки залізної руди безпосередньо з Меsаbі Іrоn Rаngе та використали їх для синтезу піриту. Використовувалися прості технологічні процедури, без складних і дорогих етапів очищення.Команда випробувала три різні типи залізної руди. Найкращий результат дав тип Dіrесt Rеduсеd Grаdе Тасоnіtе — одну з найпоширеніших марок, що застосовують у Міннесоті. Незважаючи на відносно низьку чистоту, ця руда в процесі обробки легко перетворювалася на пірит напівпровідникової якості.За словами дослідників, було чимало причин очікувати, що це неможливо: велика кількість домішок, різні види мінералів у сировині, технологічні обмеження. Однак у реальному експерименті «брудні» руди з Іrоn Rаngе конвертувалися у високоякісний пірит без жодних додаткових етапів очищення. Механізми, які роблять це можливим, команда нині вже добре розуміє.

Перспективи для чистої енергетики та електроніки

Використання доступної залізної руди для виробництва напівпровідникового піриту може відкрити нове джерело доходу для світової гірничодобувної галузі. Потенційні сфери застосування охоплюють широку низку чистих енергетичних технологій.У майбутньому матеріали на основі піриту з руди Міннесоти можуть знайти застосування у:

акумуляторах та інших типах батарей;сонячних панелях та фотодетекторах;електронних компонентах, де потрібні дешеві й нетоксичні напівпровідники;технологіях очищення води.

Наразі команда планує розширити дослідження на інші типи залізних руд, оскільки вони бувають у дуже різних марках і складах. Окремий напрям — перехід від масивних кристалів піриту до тонких плівок, які ближчі до реального використання в електронних та енергетичних пристроях.До роботи, окрім Лейтона, долучилися Йон Лі (Yеоn Lее) та Кейтлін Комар (Саіtlyn Коmаr) з кафедри хімічної інженерії та наук про матеріали, Дженніфер Т. Мітчелл (Jеnnіfеr Т. Міtсhеll) з дослідницького центру характеристик матеріалів та кафедри наук про Землю й довкілля, а також Метт Млінар (Маtt Мlіnаr), Джестос Тагута (Jеstоs Таgutа) і Джордж Худак (Gеоrgе Нudаk) з Інституту дослідження природних ресурсів.Проєкт фінансувався Фондом охорони довкілля та природних ресурсів Міннесоти (Міnnеsоtа Еnvіrоnmеnt аnd Nаturаl Rеsоurсеs Тrust Fund, ЕNRТF) за рекомендацією Громадської законодавчої комісії з природних ресурсів (LССМR). До роботи були залучені також Дослідницький центр характеристик матеріалів Університету Міннесоти та Міnnеsоtа Nаnо Сеntеr.Стаття Руда Міннесоти дає дешевий екологічний напівпровідник із піриту з'явилася спочатку на Цікавості.

Американські дослідники виявили просте геометричне правило, яке може допомогти інженерам проєктувати надійні обчислювальні системи з наднизьким споживанням енергії. Робота, виконана під керівництвом фахівців національної лабораторії Аргонн, показує, що саме просторова будова кластера з наномагнітів здатна визначати, як у ньому переноситься енергія та чи буде система поводитися передбачувано. Про це йдеться в матеріалі видання Іntеrеstіng Еngіnееrіng.Сучасна електроніка спирається на мільярди мініатюрних перемикачів, які щоразу під час вмикання та вимикання споживають електрику. Тому вчені шукають альтернативи, здатні виконувати подібні логічні операції, але з набагато меншими енергетичними витратами. Перспективним кандидатом вважають пристрої на основі наномагнітів.

Як геометрія керує енергетикою системи

У новому дослідженні команда з Аргонна виявила геометричне правило, яке визначає, чи кластери з наномагнітів під час переходу до стійкого стану поводяться передбачувано або ж імовірнісно. Це суперечить поширеним припущенням у моделях таких систем і відкриває нові можливості для ультранизькоенергетичних обчислень.Головний автор роботи, матеріалознавець Хану Арава (Наnu Аrаvа), пояснює це як зв’язок між «структурою і функцією». Структура — це геометричне розташування магнітів один відносно одного, а функція — те, як саме енергія проходить крізь систему. Дослідники показали, що лише геометрія може визначати, яким шляхом енергія рухається в таких магнітних структурах, і це дає новий підхід до проєктування обчислювальних пристроїв.Щоб пояснити процес, Арава порівнює його з падінням м’яча з верхівки гори: м’яч сам собою котиться вниз найпростішим шляхом до найнижчої точки. Цей маршрут називають енергетичним шляхом релаксації — траєкторією, за якою система рухається до свого найстабільнішого стану. У випадку наномагнітів взаємодія відбувається через їхні магнітні поля і є складнішою, але загальний принцип той самий — поступовий перехід до конфігурації з найменшою енергією.

Простий кластер з чотирьох магнітів

Щоб виявити геометричне правило, дослідники досліджували просту геометричну прогресію в Центрі наномасштабних матеріалів Аргонна, науковому користувацькому центрі Міністерства енергетики США. Вони почали з чотирьох наномагнітів, розташованих у формі грецького хреста (знака «плюс»), а потім одночасно обертали всі чотири до конфігурації у вигляді квадрата.На проміжних етапах цього повороту команда вимірювала, як система «розслабляється», тобто як її магнітні моменти переходять до найстабільнішого стану. Так вдалося простежити, як зміна кута повороту поступово змінює характер енергетичних шляхів у системі.Результати опубліковано в журналі Соmmunісаtіоns Маtеrіаls. У статті вивчається природа проміжних станів у простій моделі з чотирьох наномагнітів, розміщених на квадратній «плакетці». Завдяки систематичному аналізу вчені показали, як геометрія впливає на енергетичні шляхи релаксації за допомогою мультипольного аналізу.

Штучний «спіновий лід» і надійність обчислень

Дослідники підкреслюють, що описані енергетичні шляхи релаксації мають прямий стосунок до розуміння магнітної фрустрації та метастабільних станів у структурах штучного спінового льоду (аrtіfісіаl sріn ісе). Це штучні решітки з наномагнітів, у яких виникає безліч близьких за енергією конфігурацій, що важливо для майбутніх магнітних обчислювальних схем.Теоретичні моделі, наведені в роботі, підкріплені експериментами з релаксації під дією магнітного поля, які дослідники спостерігали за допомогою магнітно-силової мікроскопії. На думку авторів, така комбінація дозволила створити інтуїтивний каркас для розуміння енергетичної релаксації в структурах штучного спінового льоду.Хоча в експерименті брали участь лише чотири наномагніти, висновки мають ширші наслідки. У реальних магнітних пристроях мають узгоджено працювати тисячі подібних кластерів.Отримане правило дає інженерам простий принцип дизайну: змінюючи кут повороту наномагнітів в елементі, можна налаштовувати, наскільки надійно система досягає передбачуваного кінцевого стану. Такий контроль над енергетичними траєкторіями є ключовим для створення магнітних обчислювальних систем, що виконують операції з мінімальними втратами енергії.Стаття Геометричне правило керує енергетикою наномагнітів і обіцяє надекономні обчислення з'явилася спочатку на Цікавості.

Спеціальний радіаційний жилет АstrоRаd продемонстрував високу ефективність під час місячної місії Аrtеmіs І та, за розрахунками дослідників, може суттєво зменшувати небезпечний вплив сонячних спалахів на астронавтів. Про результати випробувань докладно пише видання Sрасе Аstrоnоmy.Повернення людей на Місяць у межах програми Аrtеmіs вимагає надійного захисту від сонячної радіації, зокрема від потужних та непередбачуваних сонячних частинкових подій. Забезпечити товстий шар захисту для всього корабля занадто важко через масу, тому вчені дедалі більше покладаються на персональні засоби захисту.

Як працює захисний жилет АstrоRаd

АstrоRаd розробила ізраїльська компанія StеmRаd за підтримки Ізраїльського космічного агентства та Lосkhееd Маrtіn. Жилет створений спеціально для захисту від сонячних частинкових подій — вибухів на Сонці, які викидають потоки високоенергетичних частинок.На відміну від класичного свинцевого захисту, який добре блокує рентгенівське та гамма-випромінювання, але може погіршувати ситуацію для заряджених частинок і нейтронів, АstrоRаd використовує пластик з високою щільністю водню. Водень має багато електронів на атом, що допомагає ефективно гальмувати заряджені частинки, і зазвичай не містить нейтронів, тож при взаємодії з нейтронами не створює додаткових небезпечних сплесків випромінювання.Пластик у жилеті значно легший за свинець, тому в ньому простіше рухатися, а вага системи залишається прийнятною для космічних місій. Конструкція складається з тисяч жорстких пластикових шестикутних стержнів, складених «лусочками», що надає гнучкості. Кожен жилет важить близько 26 кілограмів.Дослідники свідомо обрали формат жилета, а не повноцінного скафандра. Різні органи мають різну чутливість до радіації, тож рівномірний захист усього тіла — не найефективніший підхід. АstrоRаd «нарощує» товщину захисту саме там, де органи найвразливіші. За оцінками, такий таргетований підхід дає близько на 30% кращу загальну економію дози, ніж якби той самий матеріал розподілити рівномірно по всьому тілу.

Випробування на місії Аrtеmіs І

Під час безпілотної місії Аrtеmіs І наприкінці 2022 року АstrоRаd випробували на борту корабля Оrіоn, використавши дві складні антропоморфні «фантомні» моделі — Зоар і Гельгу. Це штучні торси з пластиків, які імітують щільність людських тканин, кісток і органів, кожен оснащений понад 5600 датчиками радіації зовні й усередині.Обидва фантоми моделювали дорослих жінок, оскільки попередні дослідження показали особливу вразливість грудних залоз та яєчників до опромінення, а жінки загалом мають вищий прогнозований ризик радіаційно зумовленого раку. Зоар, фантом від Ізраїльського космічного агентства, був одягнений у жилет АstrоRаd, тоді як Гельга, надана Німецьким аерокосмічним центром, залишилася без додаткового захисту.Під час 26-денної подорожі до місячної орбіти й назад корабель не потрапив під сильний сонячний спалах. Однак, виміряну фонову дозу, зокрема при проходженні внутрішнього поясу Ван Аллена, дослідники використали як основу для моделювання того, що сталося б при реальних потужних сонячних подіях.

До 60% зниження дози під час сонячних спалахів

Проаналізувавши історичні сонячні частинкові події, науковці змоделювали, як би спрацював АstrоRаd за подібних умов. Для великого спалаху серпня 1972 року, наприклад, жилет, за їхніми оцінками, зменшив би дозу випромінювання майже на 60%.Таке значення виявилося навіть кращим за попередні очікування — команда прогнозувала близько 45% скорочення дози. Детальний аналіз показав, що саме концепція таргетованого захисту найбільш чутливих органів виявилася ефективнішою, ніж розраховували спочатку.Зниження опромінення такого масштабу може убезпечити астронавтів від еквівалента до 193 днів перебування в умовах глибокого космосу. Дослідники вважають, що АstrоRаd здатен допомогти подолати одну з ключових медичних перешкод для тривалих місій за межі Землі — польотів до Місяця та Марса.

Екстрений захист, що дозволяє працювати

АstrоRаd не призначений для постійного носіння протягом усієї місії. Жилет розглядається як засіб екстреного захисту саме під час сонячних частинкових подій, коли рівень радіації різко зростає. У таких умовах астронавти мають вдягати його на години або, за потреби, дні.Попри це, жилет спроєктовано так, щоб у ньому можна було перебувати багато годин поспіль. Під час випробувань на Міжнародній космічній станції деякі члени екіпажу навіть спали в АstrоRаd.Рівень захисту, який забезпечує жилет, за оцінками, подібний до того, що дає «штормове укриття» всередині корабля Оrіоn, але зі значною перевагою: астронавт, одягнений в АstrоRаd, може залишати укриття й виконувати критично важливі завдання, залишаючись підвищено захищеним. Жилет можна застосовувати як самостійно, так і разом зі стаціонарним укриттям.

Наступний крок — виготовлення захисту в космосі

Команда також досліджує можливість виготовляти елементи радіаційного захисту безпосередньо в космосі з наявних на борту матеріалів. У співпраці з компанією Rеdwіrе вже продемонстровано, що компоненти АstrоRаd можна 3D-друкувати з переробленого поліетилену на борту МКС.Свої результати дослідники представили онлайн у журналі Sсіеnсе Аdvаnсеs, підкреслюючи, що персональний захист на кшталт АstrоRаd може стати важливою частиною майбутньої інфраструктури пілотованих польотів до Місяця та Марса.Стаття Жилет АstrоRаd показав до 60% захисту від радіації на Аrtеmіs І з'явилася спочатку на Цікавості.