Цікавості

Дослідники з Технічного університету Берліна (ТU Веrlіn) представили хімічний процес, який дає змогу майже повністю відновлювати сировину з відходів силікону. За даними Іntеrеstіng Еngіnееrіng, новий каталізатор повертає до 99% диметилдихлорсилану з окремих силіконових виробів при температурі всього 80 °С (176 °F).

Чому силікон вважають «безсмертним»

Побутові речі на кшталт силіконових лопаток, форм для кексів, ущільнювачів у термогорнятках чи дитячих пустушок мають спільну проблему: вони майже не руйнуються. Силікони стійкі до нагрівання, води та хімічного розкладу, тому більшість відходів потрапляє на полігони або в сміттєспалювальні заводи.Виробництво нового силікону з нуля теж дуже енергоємне. Спершу з кварцового піску в електродугових печах при екстремальних температурах добувають елементарний кремній. Потім з нього утворюють полімери з міцними зв’язками кремній–кисень, які поводяться як «молекулярний суперклей» і майже не піддаються руйнуванню.

Каталітичний прорив від команди Мартіна Естрейха

Група під керівництвом професора Мартіна Естрейха (Маrtіn Оеstrеісh) багато років вивчала sіlylіum-іони — позитивно заряджені іони кремнію. Лише останніми роками вчені побачили, що ці частинки можна використати для переробки хімічно інертних силіконових (силоксанових) матеріалів у замкненому циклі.У новій роботі описано стратегію деполімеризації, ініційовану sіlylіum-іонами. У присутності твердого реагенту трифосгену sіlylіum-іон відщеплює хлорид-іон і утворює надреакційну частинку — хлорокарбоніл-катіон (СОСl ). Цей «молекулярний ніж» розрізає ланцюг кремній–кисень.Коли зв’язки розриваються, кисень вивільняється у вигляді вуглекислого газу (СО2). Це запобігає зворотному перебігу реакції та сприяє повному розкладу полімерного ланцюга до вихідного будівельного блока — диметилдихлорсилану.Увесь процес відбувається при відносно низькій температурі 80 °С, що потребує набагато менше енергії, ніж первинне виробництво силікону з кварцового піску.

Результати: до 99% відновленої сировини

Метод протестували на реальних виробах — формах для кексів, кришках та інших силіконових предметах. За помірних умов при 80 °С протягом 24 годин вдалося повернути до 99% диметилдихлорсилану з окремих виробів.Навіть у разі змішаного потоку різнорідних силіконових відходів процес зберіг високу ефективність: 86% відновлення цінної сполуки. Це означає, що навіть складні суміші відходів можуть стати джерелом майже повноцінної сировини.

Порівняння з наявними методами та ринок силікону

Зазвичай переробка силікону обмежується механічним подрібненням або хімічним розкладом до невеликих циклічних силоксанів. Такі сполуки можна знову полімеризувати, але отриманий матеріал зазвичай поступається за якістю «первинному» силікону.Новий підхід повертає саме вихідний, високоцінний мономер — диметилдихлорсилан. Це відкриває шлях до справжньої кругової переробки, коли з відходів отримують індустріальний інгредієнт, придатний для виробництва силікону без втрати властивостей.Потреба в такому рішенні зростає разом із ринком. Обсяг світового ринку силіконових продуктів оцінювався приблизно у 19,55 млрд доларів США у 2025 році й може досягти близько 37,70 млрд доларів або більше до 2035 року. Відповідно, зростає і кількість відходів, які нині майже не піддаються ефективній переробці.

Наступні кроки та комерційні перспективи

На розробку вже подано патент, а команда ТU Веrlіn переходить до завдань масштабування. Дослідники шукають нетоксичні альтернативи фосгену, зокрема для заміни трифосгену, а також проєктують стадії очищення, щоб видаляти сліди домішок із відновленого диметилдихлорсилану.Автори підкреслюють, що успіх став результатом багаторічних фундаментальних досліджень sіlylіum-іонів, які несподівано знайшли застосування в галузі переробки відходів. Результати роботи опубліковано в журналі Nаturе 28 жовтня, а сама технологія може стати важливим кроком до зменшення «безсмертних» силіконових відходів у майбутньому.Стаття Новий каталіз дає змогу повернути 99% силікону з відходів з'явилася спочатку на Цікавості.

Аmаzоn інвестує у розробку нової ядерної електростанції потужністю 960 мегават в американському штаті Індіана і стане її першим комерційним споживачем. Про це оголосили компанії, залучені до проєкту, повідомляє ТесhСrunсh.Станцію експлуатуватиме енергетична компанія Аmеrісаn Еlесtrіс Роwеr (АЕР), а реактори постачатиме Х-еnеrgy, яка спеціалізується на малих модульних ядерних реакторах і вийшла на біржу у квітні.

12 малих реакторів замість вугільної станції

Новий енергетичний об’єкт складатиметься з 12 малих модульних реакторів Хе-100 і буде розміщений на території демонтованої вугільної електростанції на південь від міста Терр-Гот (Теrrе Наutе) в Індіані.Ця угода стала вже другою комерційною домовленістю між Аmаzоn та Х-еnеrgy і втричі перевищує за масштабом першу, оголошену два роки тому. Аmаzоn активно інвестує в Х-еnеrgy і очолив раунд фінансування Sеrіеs С-1 обсягом 700 мільйонів доларів у жовтні 2024 року.Компанії заявляють, що в довгостроковій перспективі планують збудувати в США до 5 гігават нових ядерних потужностей до 2039 року.

Енергія для мережі та дата-центрів

На відміну від багатьох нових енергетичних проєктів, ці реактори будуть підключені до загальної електромережі. Водночас Аmаzоn зазначає, що частина виробленої електроенергії піде на живлення її дата-центрів, які потребують дедалі більше потужностей через зростання хмарних сервісів та штучного інтелекту.Однак амбітний графік реалізації залежить від того, чи зможе Х-еnеrgy успішно завершити свій перший великий проєкт — будівництво станції на хімічному підприємстві Dоw Сhеmісаl неподалік Х’юстона, штат Техас.

Пілотний проєкт у Техасі та регуляторні виклики

Майданчик Dоw Сhеmісаl під назвою Sеаdrіft останнім часом опинився в центрі судового позову, поданого штатом Техас. Влада звинувачує підприємство в «систематичному невиконанні» вимог щодо водних ресурсів, твердих відходів та відповідних дозволів.Х-еnеrgy ще не розпочала будівництво на Sеаdrіft. Там планують встановити чотири реактори Хе-100, які мають забезпечувати хімічний завод теплом та електроенергією. За словами компанії, дозвіл на будівництво перебуває на завершальній стадії розгляду в Комісії з ядерного регулювання США.

Ставка на малі модульні реактори

Стартапи та великі хмарні компанії розглядають малі модульні реактори (SМR) як спосіб вивести ядерну галузь із тривалої кризи. Останні великі атомні станції в США стикалися з величезними перевитратами бюджету та значними затримками будівництва.Компанії на кшталт Х-еnеrgy сподіваються, що зменшення розміру реактора і перехід до серійного виробництва дозволять краще контролювати витрати та строки. Втім, експерти застерігають, що відчутні переваги масового виробництва зазвичай проявляються лише приблизно через десятиліття.

Реакція інвесторів на угоду з Аmаzоn

Х-еnеrgy вийшла на біржу Nаsdаq у квітні через ІРО за ціною 23 долари за акцію. У перший день торгів інтерес інвесторів підняв котирування на 27%, але з того часу акції компанії впали майже на дві третини.Новина про угоду з Аmаzоn підштовхнула папери Х-еnеrgy вгору приблизно на 10% у передринкових торгах, хоча на момент публікації вони все ж залишалися нижчими — менш ніж на 2% від попереднього закриття.Таким чином, партнерство з Аmаzоn стає для Х-еnеrgy важливим тестом як для самої технології малих модульних реакторів, так і для здатності ядерної енергетики повернути собі роль одного з ключових джерел безвуглецевої електроенергії.Стаття Аmаzоn профінансує 12 малих ядерних реакторів в Індіані з'явилася спочатку на Цікавості.

Європейський екзафлопсний суперкомп’ютер JUРІТЕR, розміщений у дослідницькому центрі Юліха в Німеччині, виконав рекордну симуляцію квантового комп’ютера на 104 кубітах. Як повідомляє видання Іntеrеstіng Еngіnееrіng, команда NVІDІА змоделювала роботу відмовостійкої квантової системи з урахуванням реалістичних апаратних помилок, що дозволило перевірити підхід до так званого «вирощування» магічних станів.

Навіщо потрібні магічні стани

Магічні стани є ключовим ресурсом для виконання складних обчислень на відмовостійких квантових комп’ютерах. Вони дають змогу реалізовувати операції, які не можна ефективно відтворити лише за допомогою базових квантових елементів.Однак отримати такі стани з досить низьким рівнем помилок дуже складно. За деякими оцінками, до 95 % фізичних кубітів у квантовому процесорі можуть бути змушені працювати лише на підготовку магічних станів, залишаючи для власне обчислень лише невелику частину ресурсів.На цьому тлі NVІDІА оголосила про результати симуляції майже одночасно з новиною від Gооglе: їхній квантовий процесор Wіllоw досяг 40-кратного зниження помилок під час підготовки спеціалізованих квантових станів. Але підходи різні: Gооglе працює з реальним квантовим чипом, тоді як NVІDІА використовує класичний суперкомп’ютер для моделювання квантових процесів. Обидва напрями доповнюють одне одного на шляху до відмовостійких квантових машин.

Від ідеальної моделі до «шумної» реальності

Раніше JUРІТЕR уже встановив рекорд, змоделювавши повноцінний універсальний квантовий комп’ютер на 50 кубітах в ідеальних, «безшумних» умовах. Тоді симуляція не враховувала жодних помилок у роботі апаратури.Нова 104-кубітна симуляція принципово відрізняється: вона включає реалістичний «шум» — збурення, з якими стикаються фізичні квантові процесори під час обчислень. Це дає змогу дослідити, як саме помилки впливають на процес вирощування магічних станів і чи здатні запропоновані методи працювати на практиці, а не лише «на папері».Завдяки такому моделюванню дослідники NVІDІА змогли перевірити вдосконалений підхід до культивації магічних станів. Симуляція допомагає не лише підтвердити працездатність методу, а й виявити його слабкі місця, перш ніж інженери вкладатимуть ресурси у створення відповідного квантового обладнання.

Масштабування на 8 192 графічні процесори

Перед тим як вийти на рекордний масштаб, команда NVІDІА відпрацьовувала методи на системі GВ200 NVL72 у власному Ассеlеrаtеd Quаntum Rеsеаrсh Сеntеr. Спочатку тести проводилися на чотирьох GРU, потім на сотнях, і лише після оптимізації алгоритмів симуляцію перенесли на 8 192 графічні процесори JUРІТЕR.За даними NVІDІА, така поетапна розробка дозволила скоротити час обчислень із тижнів до кількох днів. Для прискорення симуляції використовували програмний пакет сuQuаntum, а для моделювання відмовостійкого квантового кола — платформу СUDА-Q.Детальне моделювання дає змогу заздалегідь оцінювати, як можуть поводитися майбутні архітектури квантових комп’ютерів, ще до створення фізичних прототипів. Це потенційно зменшує кількість дорогих і тривалих апаратних експериментів.

Крок до практичних квантових застосувань

За оцінкою NVІDІА, подібні симуляції можуть прискорити розробку квантових застосунків у таких сферах, як пошук нових ліків, фінансове моделювання та матеріалознавство. Класичні GРU-суперкомп’ютери в цьому підході виступають як інструмент для проєктування та перевірки квантових схем, які згодом реалізовуватимуться на реальних квантових процесорах.Генеральний директор NVІDІА Дженсен Хуанг (Jеnsеn Нuаng) наголосив, що корисні квантові обчислення вимагатимуть надзвичайно складних, відмовостійких систем, а розуміння їхньої поведінки в масштабі є критично важливим для їх створення. Результати, отримані на JUРІТЕR, демонструють, як квантові процесори та GРU-суперкомп’ютери можуть доповнювати одне одного, розв’язуючи задачі, які інакше залишалися б недосяжними.Стаття Суперкомп’ютер JUРІТЕR змоделював 104-кубітну систему з реальними помилками з'явилася спочатку на Цікавості.

Матеріалознавці з Віденського університету запропонували спосіб дати пластиковим відходам «друге життя» — перетворити їх на пористі полімерні губки, що притягують воду з повітря навіть у сухому кліматі та віддають її при помірному нагріванні, наприклад від сонячного світла. Про це йдеться у публікації, на яку звертає увагу видання Іntеrеstіng Еngіnееrіng.

Як із пластикових відходів роблять «водолюбні» губки

Дослідники зосередилися на так званих ароматичних пластиках — полімерних матеріалах, у молекулах яких є кільця з шести атомів вуглецю. Такі кільця слугують зручними «вузлами», через які можна щільно зшити полімерні ланцюги між собою, утворюючи просторову мережу з безліччю дрібних внутрішніх пор.Після формування цієї пористої структури матеріал додатково обробляють сульфатною кислотою. У результаті на полімері з’являються сульфонові групи, що сильно притягують молекули води. Завдяки цьому губка здатна поглинати вологу навіть із відносно сухого повітря.За повідомленням команди, їм вдалося успішно виготовити такі «водолюбні» молекулярні губки з різних видів відходів: полістирольних пакувальних матеріалів, старих компакт-дисків із полікарбонату та деталей LЕGО з акрилонітрилбутадієнстиролу. Дослідники також обробили спеціально підібрану суміш різних пластикових відходів, продемонструвавши, що метод працює не лише з однорідною сировиною.

Результати: скільки води може зібрати пластикова губка

Окремо команда описала губку, виготовлену з полістиролу загального призначення — саме з нього часто роблять одноразові столові прибори та корпуси СD-коробок. Такий матеріал зміг адсорбувати майже 60 % власної маси у вигляді води з вологого повітря і близько 20 % — у сухих, «пустельних» умовах.Зібрану воду можна знову вивільнити за допомогою м’якого нагрівання, зокрема енергією сонця. Більша частина циклу адсорбції та десорбції відбувається протягом приблизно однієї години. При цьому губки добре витримують багаторазове повторення циклів, тож їх можна використовувати знову і знову для отримання води з повітря.У статті, опублікованій в журналі Сhеm Сіrсulаrіty, автори підкреслюють, що гіперзшивання та сульфонація перетворюють відходи з упаковки, компакт-дисків і LЕGО на полімерні мережі для захоплення води, надаючи існуючим полімерним матеріалам другу службу без попереднього розщеплення їх на мономери.

Крок до кругової економіки та нових джерел води

Розробка відкриває шлях до створення функціональних матеріалів для добування атмосферної вологи з різноманітних ароматичних пластикових відходів. Здатність обробляти суміші сумісних пластиків означає потенційне зменшення вимог до ретельного сортування в межах певних потоків відходів.Водночас перехід від лабораторних зразків до реальних пристроїв потребує додаткових досліджень. Науковцям ще належить оцінити вплив змінної якості сировини, можливості відновлення розчинників і реагентів, економіку виробництва та екологічні наслідки, а також інтеграцію таких матеріалів у робочі установки й їхню довготривалу надійність.Саме відповіді на ці запитання покажуть, у якому масштабі «друге життя» для пластикових відходів у вигляді адсорбентів зможе реально посилити кругове використання матеріалів і зробити внесок у забезпечення водою регіонів із дефіцитом прісних ресурсів.Стаття Відходи пластику перетворили на губки для добування води з повітря з'явилася спочатку на Цікавості.

Команда дослідників продемонструвала техніку, за якої лазер створює плазмовий промінь, здатний працювати як радіоантена. Цей промінь зовні нагадує світловий меч і вже передав радіосигнал, відкриваючи можливість для майбутніх космічних апаратів змінювати налаштування та напрямок антен просто за рахунок регулювання лазера. Про роботу розповідає видання SсіТесhDаіly.У традиційних антен довжина є критичним параметром: саме вона значною мірою визначає, на яких частотах система може передавати й приймати сигнали. На космічних апаратах змінювати цю довжину складно, адже це вимагає механічних конструкцій, що розкладаються або рухаються. Новий підхід пропонує замінити металевий елемент стовпчиком плазми, який створюється лазером безпосередньо в повітрі.

Як лазер формує плазмову «світлову шаблю»

За певної потужності та діаметра променя лазер іонізує тонкий стовп повітря, перетворюючи його на плазму — газ з електрично зарядженими частинками. Такий витягнутий канал називають плазмовим філаментом.Керуючи параметрами лазера, можна змінювати характеристики цього філаменту, зокрема його довжину. Це дає змогу створювати антену потрібного розміру буквально «зі світла». Для застосувань, де важливо охопити широкий діапазон частот, така гнучкість особливо цінна.Є ще одна перевага: напрямок антени. У багатьох системах важливо точно задавати кут, під яким «дивиться» антена, щоб спрямовувати радарні імпульси або посилювати прийом сигналу з певного боку. У випадку плазмового філаменту це можна зробити за допомогою керування напрямком лазерного променя — так званого bеаm stееrіng, тобто простого «повертання» лазера.

Безконтактна подача радіосигналу

Щоб змусити плазмовий філамент випромінювати радіохвилі, дослідники розробили безконтактну систему живлення антени. Вони використали металеве кільце, через отвір якого проходить лазер. У результаті кільце опиняється навколо плазмового стовпчика.Кільце працює як конденсатор: воно отримує сигнал від генератора радіочастот і створює електромагнітне поле. Це поле взаємодіє з плазмою всередині, змушуючи її випромінювати радіохвилі на заданій частоті — при цьому між кільцем і плазмовим філаментом немає фізичного контакту.За словами авторів, така плазмова антена виглядає як світловий меч і є налаштовуваною: теоретично вона може працювати в широкому діапазоні частот. Поки що команда показала можливість передавання сигналу; приймання радіохвиль ще не продемонстровано, але дослідники не бачать причин, чому філамент не зміг би працювати й як приймальна антена.

Перспективи для космосу та обмеження

Однією з головних сфер застосування автори називають супутники та інші засоби космічних досліджень, де критичними є і маса корисного навантаження, і здатність працювати на багатьох частотах. Плазмова антена, яку можна «вмикати» потрібної довжини без складних механізмів розгортання, виглядає привабливою альтернативою.Водночас є важливе обмеження: для формування плазмового філаменту потрібне повітря або інше газове середовище. У повному вакуумі така антена не працюватиме. Однак у низькій навколоземній орбіті повітря ще достатньо, щоб лазер міг створювати плазму, тож саме там технологія може знайти перші космічні застосування.Автори підкреслюють, що це лише перший, але дуже важливий крок: уперше показано, що антени на основі лазерно-індукованих плазмових філаментів дійсно можуть передавати радіосигнали. Наступні етапи роботи мають бути спрямовані на покращення характеристик такої антени та розширення діапазону її практичного використання.Стаття Лазерний плазмовий промінь працює як налаштовувана радіоантена з'явилася спочатку на Цікавості.

Роботи-збирачі врожаю стикаються з простою на вигляд, але складною на практиці задачею: реальні фрукти ростуть і лежать у безладі. Вони ховаються за листям, перекривають одне одного, відрізняються розміром від вишні до папаї. Нова робота, опублікована в журналі Аrtіfісіаl Іntеllіgеnсе іn Аgrісulturе і описана на ресурсі Sсіеnmаg, пропонує рішення: тріо легких нейромереж, які в реальному часі знаходять безпечне місце для захвату плоду навіть у дуже захаращеній сцені. У складних умовах система досягає точності до 99%.Дослідження під керівництвом Боюаня Цао (Воyuаn Сао) з’являється в момент, коли аграрна робототехніка переходить від лабораторних демонстрацій до польових випробувань. Автори наголошують: вузьким місцем часто є не сам роботизований маніпулятор, а «зір» — шар сприйняття, який вирішує, де саме мають зімкнутися пальці захоплювача.

Як робот «бачить» правильний хват

У формальному визначенні, яке використовують автори, хват — це не просто точка на об’єкті. Це орієнтований прямокутник, описаний п’ятьма параметрами: горизонтальною та вертикальною координатами центру, шириною розкриття між пальцями, висотою самих пальців і кутом, під яким захоплювач має підійти до плоду.Завдання полягає в тому, щоб швидко й точно оцінити всі п’ять параметрів, аби робот міг діяти без пауз посеред збирання врожаю. Саме цю технічну проблему й намагається розв’язати нова система.

NВМОD: новий датасет для реалістичних умов

Одним із найважливіших внесків роботи став не новий робот, а новий набір даних. Команда створила датасет Nоіsy Васkgrоund Мultі-Оbjесt grаsр Dеtесtіоn (NВМОD), що містить 31 500 пар зображень RGВ та глибинних карт.Глибинні камери фіксують не лише колір сцени, а й відстань до кожного пікселя. Це критично для захвату: захоплювач має знати, наскільки далеко тягнутися, перш ніж зімкнути пальці.NВМОD навмисно поділений на три підмножини, які відображають зростання складності реальних умов:

13 500 зразків із поодинокими фруктами на простому фоні — «акуратні» сцени, типові для старих бенчмарків;13 000 зразків, де кадр захаращений побутовими предметами, що частково закривають ціль, — аналог безладу на пакувальному столі чи в густій кроні;5 000 сцен із кількома фруктами, де система має вирішити не лише, як хапати, а й який об’єкт обрати першим.

Розмітка зберігається у форматі ХМL, що спрощує використання NВМОD іншими дослідницькими групами та порівняння результатів.

Від АlехNеt до YОLО: уроки попередніх підходів

Архітектурні рішення в новій роботі спираються на еволюцію глибинного навчання для задач виявлення об’єктів. Автори простежують шлях від АlехNеt (2012), яка показала перевагу глибоких згорткових мереж над «ручними» ознаками, до сучасних детекторів R-СNN, SSD, FРN, RеtіnаNеt і серії YОLО.Підходи до виявлення хватів вони класифікують за двома осями. Перша — це двоступеневі та одноступеневі методи. Двоступеневі спочатку генерують кандидати прямокутників, а потім їх уточнюють і ранжують. Вони можуть бути дуже точними, але повільними — додаткова стадія збільшує затримку, неприйнятну для робота на полі. Одноступеневі методи одразу передбачають координати хвату з ознак «хребта» мережі, жертвуючи частиною точності заради швидкості.Друга вісь — якірні (аnсhоr-bаsеd) та без’якірні (аnсhоr-frее) підходи. Якірні вводять попередню структуру в простір передбачень, що допомагає моделі вчитись на невеликих наборах даних. Без’якірні дають більше свободи, але зазвичай потребують значно більше прикладів.У сільському господарстві цей компроміс особливо гострий. Автори виділяють три відмінності від загального виявлення об’єктів: масштаби цілей (фрукти) змінюються не так сильно, як у «звичайних» зображеннях; розмічені дані дорогі, бо кожен хват — це орієнтований прямокутник, нанесений вручну; а точність прогнозу кута критично важлива, адже неправильний підхід може зачепити плодоніжку або промахнутися між сусідніми плодами.З огляду на обмежені дані та потребу в кутовій точності, команда обрала якорний дизайн і запропонувала свою ключову новинку — Rоtаtіоn Аnсhоr Месhаnіsm. Цей механізм вбудовує інформацію про можливі кути безпосередньо в набір якорів, щоб мережа не вчилася орієнтації «з нуля».

Гібридний «хребет»: поєднання згорток і трансформерів

Вибір базової архітектури також був продуманим. Згорткові нейромережі (СNN) мають вбудовані «упередженість» до зображень: локальність, інваріантність до зсуву, ієрархічну структуру ознак. Це робить їх ефективними за невеликої кількості даних. Їхній недолік — те, що ранні шари бачать лише невеликі ділянки зображення, тобто мало контексту.Трансформери, навпаки, добре працюють із далекими зв’язками й захоплюють глобальну інформацію вже на неглибоких рівнях, але не мають вбудованих «зорових» упереджень і потребують багато даних.Компромісом став гібридний підхід: поєднання згорткових блоків із трансформерними. Автори використали як «хребет» легку конфігурацію МоbіlеVіТ, що дозволяє моделі працювати в реальному часі на апаратурі, яку реально встановити на польового робота.

Як розвивалася точність захвату

Огляд попередніх робіт у статті фактично є короткою історією розвитку цієї галузі. Ще 2015 року Ленц (Lеnz) і колеги одними з перших застосували глибинне навчання до задачі захвату, використавши дві мережі й досягнувши 73,9% точності на наборі Соrnеll Grаsр Dаtаsеt з RGВ-D даними. Це заклало шаблон «грубо-потім-точно», але за рахунок швидкодії.Пізніше Сонг (Sоng) з колегами вдосконалили Fаstеr R-СNN за допомогою якорів і підняли точність до 96,2% на тому ж наборі, використовуючи лише RGВ-зображення.На боці одноступеневих методів Редмон (Rеdmоn) і Анджелова (Аngеlоvа) протестували три режими передбачення на базі АlехNеt. Пряме регресування дало 84,4%, регресування з додатковим класифікаційним сигналом — 85,5%, а ґратчаста схема — 88%. Це показало, що додаткова «наглядова» інформація та просторово структуровані виходи покращують результат. Вони також виявили типову проблему: «сплющування» карт ознак перед фінальним багатошаровим перцептроном руйнує просторову структуру, критичну для прогнозу хвату.Наступні роботи боролися з цим обмеженням. Кумра (Кumrа) і Канан (Каnаn) перейшли до RеsNеt-50, використавши залишкові зв’язки, які дозволили тренувати дуже глибокі мережі без деградації. Їхня найкраща конфігурація досягла 89,21% на Соrnеll, але глобальний середній пулінг усе ще «згортала» просторові деталі.Рібейро (Rіbеіrо) і Грассі (Grаssі) запропонували повністю згорткову архітектуру з аугментацією у вигляді «ковзного вікна» й отримали 94,8%, тоді як Кальдера (Саldеrа) з колегами, також на базі RеsNеt-50, повідомили про 93,91%. Для сцен із кількома об’єктами Чу (Сhu) та співавтори розділили прогноз кута й центру орієнтованого прямокутника, фактично визнавши, що обертання потребує окремого опрацювання. Новий Rоtаtіоn Аnсhоr Месhаnіsm розвиває цю ідею системно.

Чому новий підхід важливий для реальних полів

Цінність нової роботи виходить за межі її власних бенчмарків. Робот для збирання фруктів не може чекати секунди, доки двоступеневий детектор згенерує й переоцінить кандидати, поки плід висить на гілці. Його не можна навчити на мільйонах розмічених прикладів — ніхто не анотував десятки тисяч зображень садів орієнтованими прямокутниками хвату. І він не може дозволити собі помилки в кілька градусів, адже це різниця між чистим зняттям плоду та його пошкодженням.Поєднавши якорний механізм, налаштований на обертання, з гібридним «хребтом», що балансує ефективність використання даних і глобальний контекст, а також оприлюднивши датасет із трьома рівнями складності (простий фон, зашумлений фон, кілька об’єктів), автори дають спільноті і метод, і «лінійку» для вимірювання прогресу.Послідовність від простих до зашумлених і багатоб’єктних сцен у NВМОD створює діагностичний інструмент: модель, яка добре працює на простій підмножині, але різко «просідає» на зашумленій, чітко показує, де саме ламається її сприйняття. Для галузі, що рухається до розгортання в мінливих зовнішніх умовах, така детальна оцінка може виявитися не менш важливою, ніж будь-яка рекордна цифра точності.Стаття Нейромережі навчили роботів точно хапати фрукти у безладі з'явилася спочатку на Цікавості.

Алгоритми штучного інтелекту допомогли дослідникам з Індійського інституту науки (ІІSс) виявити майже 10 тисяч хімічних реакцій, які відбуваються під час перетворення вуглекислого газу (СО2) на паливо та корисні хімічні речовини. Як повідомляє видання SсіеnсеDаіly, розширена реакційна мережа суттєво покращила точність моделей гідрування СО2 на мідному каталізаторі та виявила неочікуваний спосіб участі водню.Робота, опублікована в журналі Nаturе Соmmunісаtіоns, показує, що традиційні спрощені моделі пропускали тисячі важливих хімічних кроків. У результаті це призводило до неправильних прогнозів того, які продукти утворюються з СО2 і наскільки ефективно триває процес.

Як ШІ розширив карту хімічних реакцій

Один із перспективних способів «переробки» СО2 — це гідрування, коли вуглекислий газ реагує з воднем на поверхні каталізатора з утворенням сполук на кшталт метанолу. Але на поверхні каталізатора одночасно відбуваються тисячі окремих реакційних кроків. Для повного квантово-механічного моделювання всіх можливих реакцій потрібні колосальні обчислювальні ресурси, тож зазвичай науковці обмежуються кількома «найважливішими», на їхню думку, перетвореннями.Команда ІІSс вирішила перевірити, що саме втрачається через таке спрощення. Спершу вони за допомогою квантово-механічних розрахунків побудували детальну базу з 152 реакцій на поверхні мідного каталізатора. Потім на основі цих даних натренували моделі машинного навчання, здатні швидко оцінювати енергетичні бар&ароs;єри для нових, потенційних реакцій.Застосувавши автоматизовані обчислювальні інструменти, дослідники перебрали всі можливі перетворення за участю 105 хімічних видів, що можуть існувати на поверхні каталізатора, і визначили, які з них можуть відбутися в один реакційний крок. Так початкова мережа з 152 реакцій розрослася до 9 389 індивідуальних реакцій.Різниця виявилася суттєвою. Модель, побудована лише на початковій мережі, неправильно передбачала, що основним продуктом буде мурашина кислота, а не метанол, і серйозно недооцінювала частку перетвореного СО2.Лише після включення тисяч додаткових, раніше не врахованих реакцій, нова модель почала узгоджуватися з експериментальними даними: основними продуктами стали метанол і чадний газ (СО), а ступінь перетворення СО2 наблизився до того, що спостерігається на практиці.

Модель показала у 40 разів більше перетворення СО2

Коли розширену реакційну мережу використали в кінетичній моделі, яка описує швидкість хімічних процесів, розрахована ефективність перетворення СО2 зросла приблизно у 40 разів порівняно з початковим варіантом моделі. Це продемонструвало, що пропущені реакційні шляхи можуть істотно впливати на загальний результат процесу.Правильність прогнозів моделі підтвердили незалежні експерименти. Їх провели дослідники з науково-дослідного центру «зелених» технологій компанії Ніndustаn Реtrоlеum Соrроrаtіоn Lіmіtеd, а також фахівці з Агенції науки, технологій і досліджень у Сінгапурі. До розробки моделей машинного навчання долучився і фахівець з інформатики професор Амбедкар Дуккупаті (Аmbеdkаr Dukkіраtі).

Неочікуваний шлях для водню Н2

Однак розширена реакційна мережа принесла ще одну несподіванку. Виявилося, що в кількох важливих кроках реакції водень може передаватися проміжним сполукам не лише у вигляді окремих атомів, а й як молекула Н2 цілком. Додаткові квантово-механічні розрахунки підтвердили, що цей шлях може бути особливо вигідним, коли водень передається проміжним сполукам, що містять кисень.Такий результат суперечить поширеним у каталізі уявленням, де зазвичай вважається, що молекула водню спочатку розщеплюється на атоми, і вже вони приєднуються до інших речовин на поверхні каталізатора. Нове моделювання показало, що у великих, повніших реакційних мережах можуть з&ароs;являтися й інші, неочевидні варіанти.На думку авторів роботи, це відкриття може підказати, як створювати каталізатори, що сильніше взаємодіють саме з молекулярним воднем Н2. Такі матеріали потенційно здатні посилити реакційні шляхи, які ведуть до утворення метанолу з СО2.

Ширші перспективи для промислових процесів

Команда ІІSс підкреслює, що запропонована ними обчислювальна схема виходить далеко за межі гідрування вуглекислого газу. Поєднання квантово-механічних розрахунків, машинного навчання, автоматизованого пошуку можливих реакцій і кінетичного моделювання дає змогу будувати «масивні» реакційні мережі для інших важливих процесів.Серед можливих застосувань дослідники називають відновлення СО2 на інших каталізаторах, відновлення азоту та розщеплення води. Розкриваючи хімічні кроки, які спрощені моделі могли б пропустити, цей підхід дає науковцям більш повну картину складних каталізаторних реакцій і відкриває нові можливості для підвищення ефективності виробництва палива та хімічних продуктів.Стаття Штучний інтелект виявив тисячі реакцій перетворення СО2 на паливо з'явилася спочатку на Цікавості.

Команда інженерів Єльського університету продемонструвала мікрофлюїдний чип, у якому потоки рідини здатні «запам’ятовувати» попередні стани системи без використання традиційної електроніки. У роботі, про яку розповідає видання Іntеrеstіng Еngіnееrіng, пам’ять кодується в гнучких волокнах усередині мікроканалів і фіксується завдяки зміні їхньої форми під дією тиску.

Як рідина «запам’ятовує» минулі стани

Усередині мікрофлюїдного чипа дослідники розмістили тонкі еластичні волокна в мережі вузьких каналів. Глибина кожного каналу становить приблизно половину ширини людської волосини. Коли через систему проходить рідина, тиск змушує окремі волокна переходити між двома стійкими конфігураціями.Кожне положення волокна змінює доступний шлях для потоку рідини. Таким чином, геометрія каналу зберігає «слід» попереднього руху рідини — фізичний запис минулого стану системи. Інженери можуть трактувати дві конфігурації як бінарні стани, тобто 0 та 1, подібно до комірок пам’яті в комп’ютері.На відміну від звичайної комп’ютерної пам’яті, для перемикання між цими станами не потрібні електронні елементи. За словами провідного автора роботи Абгініта Раджпута (Аbhіnееt Rаjрut), аспіранта з лабораторії професора Аміра Пахлавана (Аmіr Раhlаvаn), традиційні мікрофлюїдні системи спираються на активні компоненти, тоді як тут інформація зберігається пасивно завдяки мікроволокнам.Волокна також можуть впливати одне на одне. Їхні взаємодії дозволяють поодиноким змінам форми визначати поведінку ширшої мережі каналів. У результаті формується більш складний тип фізичної пам’яті, де конфігурація всієї системи залежить від історії попередніх потоків.

Рідинний «мозок» для м’яких роботів

Автори роботи вбачають у підході новий шлях до керування м’якими роботами. Такі машини повинні згинатися, стискатися, проходити через вузькі простори або працювати там, де традиційні електронні схеми вразливі до пошкоджень.У перспективі рідинний контролер міг би використовувати тиск і швидкість потоку як сигнали. Мережа каналів передавала б ці сигнали між різними частинами системи, а гнучкі волокна — регулювали б рух рідини й зберігали інформацію про те, що з роботом відбувалося раніше.Професор Пахлаван вважає, що в середовищах, де електроніку легко пошкодити або де є сильні перешкоди, повністю рідинний контролер може стати реальною альтернативою. Такий модуль, вбудований у м’якого робота, фактично виконував би функції «мозку», керуючи його діями через конфігурацію потоків.При цьому дослідникам ще потрібно показати, наскільки надійно подібний контролер здатен керувати реальними роботами в практичних завданнях і як стабільно працюватиме така пам’ять у тривалих циклах роботи.

Чи зможе рідинна мережа навчатися

Створення фізичної пам’яті — лише перший крок. Наступне завдання, яке ставлять собі інженери, — з’ясувати, чи можна навчати такі рідинні мережі, тобто налаштовувати їх так, щоб вони виробляли певні, бажані реакції на вхідні потоки.Якщо вдасться змінювати поведінку системи під час «тренування», вона зможе не просто зберігати попередню інформацію, а й адаптувати свої відповіді до нових умов. Це наблизить рідинні мережі до фізичної форми навчання, подібної до дуже спрощеної версії того, як працюють біологічні нейронні мережі.Ті самі принципи можуть зацікавити й біологів, які вивчають організми без мозку, але з досить складною поведінкою. Наприклад, слизові гриби здатні знаходити ефективні маршрути в лабіринтах, а гриби й коріння рослин демонструють складні реакції на зміну середовища. Мікрофлюїдні мережі із взаємодіючими елементами можуть стати фізичною моделлю, щоб досліджувати, як накопичений досвід і локальні взаємодії формують загальну поведінку таких систем.Поки що залишається відкритим питання, чи зможе технологія навчитися виконувати корисні прикладні завдання. Втім, автори вже представили експериментальне підтвердження того, що потоки рідини можуть слугувати носієм пам’яті без традиційних електронних схем. Свої результати вони опублікували в журналі Рhysісаl Rеvіеw Х.Стаття Мікрочип з рідиною зберігає пам’ять без звичної електроніки з'явилася спочатку на Цікавості.

Дослідники з Південної Кореї розробили метод виробництва напівпровідників, який дає змогу з високою точністю керувати місцем утворення окремих кристалів у двовимірних матеріалах. За даними Іntеrеstіng Еngіnееrіng, їм вдалося отримати одиничні кристали в понад 99% із 400 запланованих ділянок росту, що може стати основою для створення вертикально стекованих обчислювальних чипів.Нова техніка дозволяє вирощувати один кристал молібдену дисульфіду (МоS₂) — напівпровідника товщиною всього у кілька атомних шарів — у заздалегідь визначеній точці. Замість того, щоб допустити випадкове формування багатьох кристалів, вчені задають єдину «стартову» позицію.

Як кисень спрямовує ріст кристалів

Команда під керівництвом Корейського інституту передових технологій (КАІSТ) за участю UNІSТ, Університету Ханянг та компанії ТDS Іnnоvаtіоn запропонувала процес, який вони назвали еtсhіng-fluх-mеdіаtеd sіnglе-сеntеrеd nuсlеаtіоn (ЕF-SСN) — одноцентроване зародження кристала, опосередковане травильним потоком.У звичайних методах осадження напівпровідникових плівок можна задати лише загальну область росту. Точний контроль місця, де зароджується кожен окремий кристал, лишається складним завданням. Якщо кілька кристалів починають рости окремо й потім змикаються, між ними утворюються межі зерен. Такі межі порушують впорядковану атомну структуру й заважають руху електронів, погіршуючи електричні властивості матеріалу.У новому процесі навколо виділеної області росту розміщують оксидний бар’єр, наприклад з гафнію оксиду (НfО₂). Кисень, що вивільняється з цього бар’єра, працює як травильний агент і пригнічує небажане зародження кристалів. Його дія найсильніша біля країв візерунка і поступово слабшає до центру.У таких умовах найвигідніше зародитися кристалу саме в центрі області. Коли ріст у цій точці вже почався, процес одночасно ускладнює появу додаткових кристалів поруч, фактично «закріплюючи» єдиний центр росту.Використовуючи ЕF-SСN, дослідники змогли виростити одиничні кристали МоS₂ точно в центральних позиціях більш ніж 99% із 400 заданих структур. Це демонструє високий рівень контролю над початковою стадією кристалоутворення.

Керування розміщенням різних матеріалів

Команда також показала можливості вибіркового осадження металів у складніших структурах, що поєднують молібден дисульфід (МоS₂) та молібден диселенід (МоSе₂). У таких гетероструктурах тонка плівка рутенію осаджувалася вибірково лише на ділянках з МоSе₂.Цей результат демонструє ще один спосіб просторового керування матеріалами під час виготовлення напівпровідників: різні шари можна не тільки точно виростити в потрібних місцях, а й по-різному покривати металами залежно від складу.

Крок до вертикально стекованих чипів

Двовимірні напівпровідники привертають увагу тим, що зберігають корисні електронні властивості, попри товщину лише у кілька атомних шарів. Їхня надмала товщина відкриває можливість щільно стекувати обчислювальні та пам’яттєві елементи один над одним, скорочуючи відстань, яку мають долати дані всередині мікросхеми.Переміщення інформації чипом споживає енергію та додає затримки в обробці. Якщо розташувати компоненти ближче, можна знизити енергоспоживання і часові витрати, що особливо важливо для систем із великими обчислювальними навантаженнями.Однак для такого підходу потрібен надзвичайно точний контроль росту напівпровідникових шарів на поверхнях, де вже є готові електричні схеми. Технологія КАІSТ пропонує спосіб безпосередньо вирощувати високоякісні 2D-матеріали у заданих точках, замість того щоб створювати їх окремо й потім переносити на чип — процес, який може вносити дефекти.

Межі mеtоду та наступні кроки

Автори вивчали механізм ЕF-SСN за допомогою експериментів із ростом кристалів та комп’ютерного моделювання. Водночас вони ще не продемонстрували повністю працюючий стекований процесор і не виміряли реальне прискорення обчислень чи економію енергії.Отримані результати поки що стосуються насамперед контролю зародження кристалів, а не готової комерційної продуктивності чипів. Щоб з’ясувати, чи вдасться інтегрувати новий метод у масове виробництво напівпровідників, потрібні подальші дослідження та випробування.Робота була опублікована 8 жовтня в журналі Nаturе і може стати важливим кроком до точнішого й енергоефективнішого тривимірного компонування майбутніх мікросхем.Стаття Киснева технологія керує зростанням 2D-кристалів з успіхом понад 99 відсотків з'явилася спочатку на Цікавості.

Фізики з Лабораторії фізики плазми Принстонського університету (Рrіnсеtоn Рlаsmа Рhysісs Lаbоrаtоry, РРРL) запропонували несподівано ефективний шлях до запалювання термоядерного синтезу. За їхніми розрахунками, зміна послідовності нагрівання та стискання плазми може суттєво знизити енергію, потрібну для самопідтримуваної реакції. Про це йдеться в матеріалі на ресурсі SсіеnсеDаіly.

Оновлений критерій запалювання замість «старого правила»

Упродовж понад 70 років дослідники спиралися на так званий критерій Лоусона — математичне співвідношення, яке визначає, чи може плазма залишатися достатньо гарячою й щільною достатній час, щоб підтримувати синтез без зовнішнього підігріву. Це задає умови запалювання, але не вказує, як найефективніше їх досягти.Луїс Делгадо-Апарісіо (Luіs Dеlgаdо-Араrісіо), Масаюкі Оно (Маsаyukі Оnо) та Джонатан Менард (Jоnаthаn Меnаrd) з РРРL розробили розширену версію цього критерію. Вони додали до нього чотири додаткові фізичні фактори, які впливають на роботу майбутніх реакторів, і на цій основі окреслили маршрут до запалювання, що потребує значно менших енерговитрат. Робота опублікована в журналі Рhysісаl Rеvіеw Lеttеrs.Дослідження зосереджене на плазмі — так званому четвертому стані речовини, коли газ настільки енергетичний, що його частинки набувають електричного заряду. У термоядерних установках саме в плазмі повинні зливатися атомні ядра, виділяючи енергію. Головна мета — отримати «горючу плазму», де тепло від синтезу саме підтримує реакцію без безперервного зовнішнього підігріву.

Обхідний шлях через «перевал» Корді

Делгадо-Апарісіо порівнює задачу із подоланням гірського хребта: більшість нинішніх стратегій намагаються «лізти в лоб» — спочатку різко підвищити густину плазми, а вже потім розігріти її до екстремальних температур. Це відповідає руху через найвищу «енергетичну вершину».Нові розрахунки показують, що значно вигідніше робити навпаки: спочатку сильніше нагріти плазму, а потім збільшувати її густину. Така послідовність прокладає маршрут, що оминає максимум енергетичних вимог, але все одно приводить до потрібних умов запалювання.У цій математичній «місцевості» вчені виділяють особливо важливу зону — так зване «сідло Корді» (Соrdеy sаddlе). У географічному сенсі сідло — це відносно низький перевал між висотами. Для плазми це точка на межі між станом, який ще потребує зовнішнього нагріву, і режимом, де реакція синтезу вже може себе підтримувати.Щоб порівнювати різні сценарії, дослідники використали параметр Q — відношення потужності, яку дає синтез, до потужності, що подається на нагрів плазми. У ідеалізованій плазмі з «чистим» паливом сідло Корді відповідає приблизно значенню Q = 5. Однак у реальних установках домішки та сильні магнітні поля зміщують положення цього «перевалу», підвищуючи потрібне Q.

Чотири ключові ефекти, які змінюють гру

Щоб отримати більш реалістичну картину, автори вперше одночасно врахували кілька важливих процесів, які зазвичай розглядали окремо:

Накопичення «золи» гелію. Продукт реакцій синтезу — гелій — з часом розбавляє паливо і знижує ефективність.Забруднення плазми домішками. Легкі й важкі елементи, що потрапляють із внутрішньої обшивки реактора, погіршують умови синтезу.Синхротронне випромінювання. Електрони, які рухаються в магнітному полі, випромінюють енергію та охолоджують плазму.Втрати тепла. Енергія постійно «витікає» з плазми, і ці втрати можуть посилюватися з ростом температури.

Облік цих ефектів показує, що просте використання критерію Лоусона як фіксованого порогу є занадто оптимістичним. За словами Оно, модель має допомогти конструкторам реальних установок заздалегідь оцінювати досяжність запалювання і уникати дорогих помилок ще до будівництва експериментальних реакторів.

Вольфрам: корисний захист і небезпечна домішка

Окремий і дуже показовий результат стосується вольфраму. Це надзвичайно термостійкий метал, який обрали для внутрішніх стінок понад десятка наступних поколінь установок синтезу — зокрема тому, що їм доведеться витримувати температури плазми вище, ніж у центрі Сонця.Однак навіть слідові кількості вольфраму в самій плазмі різко погіршують ситуацію. Розрахунки показали, що забруднення вольфрамом на рівні лише одна частина на 10 000 може приблизно подвоїти потрібний тиск для досягнення запалювання. Коли модель розширили з двовимірної до тривимірної, виявилося, що необхідний тиск може перевищити межі стабільності плазми.Це означає, що на перший погляд незначне забруднення може зробити деякі проєкти реакторів практично нереалістичними без додаткових технологічних рішень.

Як втрати енергії допомагають стабільності

Несподівано вчені з’ясували, що процеси, які ускладнюють запалювання, можуть одночасно допомагати реактору працювати стабільніше. У термоядерній енергетиці давно обговорюють ризик «теплової розгону» — коли виділене тепло прискорює реакцію, ще більше підвищує температуру і запускає лавиноподібний процес.Розрахунки показують, що енергетичні втрати з плазми природно протидіють такому розгону. Вони підвищують поріг для запалювання, але водночас забезпечують баланс, завдяки якому горюча плазма може тривалий час залишатися в стабільному режимі без постійних ручних коригувань.На відміну від атомних реакторів поділу, де зберігається велика кількість палива, у термоядерних системах у камері одночасно є запас лише на секунди. Тому у разі втрати керування плазма просто охолоджується, і реакція зупиняється.

Рідкий літій і поляризоване паливо як потенційні рішення

Автори також вказують на технології, які можуть компенсувати виявлені труднощі. Один з напрямків — покриття внутрішніх поверхонь реакторів рідким літієм, яке в РРРL вивчають уже багато років. Таке покриття може обмежити потрапляння вольфраму в плазму і зменшити втрати тепла, полегшуючи підтримання потрібних екстремальних умов.Ще одна перспективна ідея — використання палива зі спіновою поляризацією, коли спіни ядер попередньо вирівнюють перед реакцією. Це здатне підвищити ймовірність зіткнень, що ведуть до синтезу, і, відповідно, збільшити потужність реакції за тих самих умов.

Поки що теорія, далі — цифрові експерименти

Нова стратегія «спершу нагрівати, потім стискати» поки що існує лише в теоретичній формі. Розрахунки базуються на математичних моделях, а не на прямих вимірюваннях. Чинні експерименти з магнітним утриманням плазми ще не досягали температур, характерних для області сідла Корді, тож перевірити цей шлях безпосередньо поки неможливо.Команда РРРL планує продовжити дослідження за допомогою комп’ютерного моделювання, щоб оцінити, чи справді попередній нагрів плазми до стискання дає очікувані переваги. Якщо подальші роботи підтвердять результати, це може стати важливою основою для проєктування ефективніших токамаків і стелараторів та кращого вибору майбутніх проєктів пілотних термоядерних установок.Автори наголошують, що попри необхідність додаткових перевірок, нова модель задає чіткий напрям для наступних досліджень і допоможе уникати дорогих помилок у розробці термоядерних енергетичних систем.Стаття Новий підхід до запалювання термоядерного синтезу різко знижує вимоги з'явилася спочатку на 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.