Díky schopnosti měnit tvar a manipulovat s jemnými předměty by mohli fungovat jako implantáty, doručovat léky v těle a pomáhat při průzkumu nebezpečného prostředí.
Měkké stroje jsou často omezené pevnými mechanickými částmi, externími systémy, které jim dodávají energii, nebo jim pomáhají s pohybem. Inženýři z Princetonu navrhli a postavili hybridní roboty s měkkými a pevnými prvky, které se pohybují a posouvají bez nutnosti motorů nebo externího pneumatického ovládání.
Za tímto účelem vědci zkombinoval polymer, nazývaný elastomer z tekutých krystalů, s flexibilní elektronikou a technikami skládání založenými na umění origami, který se dá tisknout pomocí 3D tiskárny. Vytvořili rekonfigurovatelného měkkého robota, který se dokáže opakovaně pohybovat bez znatelného opotřebení.
K demonstraci vědci postavili robota ve tvaru jeřába, klasické origami figurky, který mává křídly. Zdrojem energie je elektřina. Origami se pohybuje bez motoru. Pohyb robota se místo toho spoléhá na cílené zahřívání v polymeru, které řídí mávání křídel. Experiment také ukázal, že měkký robot se dokáže přesně a opakovaně pohybovat a vracet se do původního tvaru bez opotřebení nebo deformace pomocí programovatelných sekvencí v reálném čase, což je jeho klíčová vlastnost, který bude potřebná pro budoucí aplikace.
Konstrukce se speciálním polymerem pomocí 3D tisku
Systém se spoléhá na roztavený polymer vytištěný do vzorovaných zón. K tomu bylo zapotřebí upravit 3D tiskárnu. Navzdory své flexibilní povaze je použitý polymer vysokoelastický, ale z tekutých krystalů, což znamená, že jeho vnitřní molekuly mají uspořádanou strukturu.
Vědci se specializují na řízení struktury elastomerů z tekutých krystalů prostřednictvím molekulárního designu a řízení nanostruktury (v tomto případě orientace) polymerů prostřednictvím tisku, což bylo pro tento projekt klíčové.
Vědci naprogramovali tiskárnu tak, aby během tisku měnila vnitřní orientaci molekulární struktury polymeru. Každá ze vzorovaných zón v potištěném materiálu se vyznačuje konzistentním molekulárním uspořádáním. Stohováním těchto zón a jejich spojováním různými způsoby byli vědci schopni vytvořit v materiálu panty, které se při zahřívání materiálu ohýbají předem naprogramovaným způsobem.
V rámci tisku vědci také přidali flexibilní elektroniku přímo do pantů v materiálu. Flexibilní struktura desek plošných spojů umožnila vědcům zabudovat je přímo do tiskového materiálu, namísto nanášení obvodů v samostatném kroku. To zjednodušuje výrobu a umožňuje větší konzistenci a funkční integraci obvodu do robota.
Vědci spojili své odborné znalosti v oblasti materiálové vědy a origami, aby vytvořili odolného, programovatelného robota, který se pohybuje bez motoru. (Rychlost obrázku je oproti originálu 40krát zvýšena.)
Pohyb je poháněný deskami plošných spojů, který řídí ohřev
Po zabudování umožňují tyto desky plošných spojů ohřívat extrémně specifické oblasti polymerní struktury a provádět řízení v uzavřené smyčce pomocí zabudovaných teplotních senzorů. Tento ohřev se využívá u pečlivě strukturovaného polymeru a způsobuje smršťování materiálu způsobem, který inženýři naprogramovali do polymerního tisku. Toto smršťování spouští ohýbání podél pantů.
Aby se zajistilo, že se materiál ohýbá pouze v oblasti pantů, přidali vědci k flexibilním deskám plošných spojů mezi polymerní panty lehké panely ze skelných vláken.
Vědci k řízení pohybu robotů použili matematický vzorec odvozený ze vzorů origami. Základ tvoří systémy skládání a rozkládání.
Práce začala jako bakalářský projekt Davida Bershadského z Princetonu. Mezi nedávné projekty patří segmentovaní měkcí roboti, kteří používají systémy origami k navigaci po složitých drahách, roboti, kteří dokáží transformovat své tvary a adaptivně se rekonfigurovat v magnetickém poli, a programovatelné systémy, které dokážou šifrovat informace a fungovat jako mechanické počítače.
Představte si skleněnou skříňku, krychli, ve které se zobrazí vaše ledviny, srdce nebo játra.
Aby naše orgány byly zdravé, potřebují správný průtok krve. Jde o velmi složitou síť na mikroúrovni, která transportuje krev do tkání a orgánů prostřednictvím drobných cév. Pokud tento mechanismus funguje správně, buňky dostávají kyslík a živiny, které potřebují k udržení zdraví a zároveň jsou efektivně odstraňované produkty metabolismu.
A aby lékaři dokázali diagnostikovat, zda tyto orgány fungují správně, vytvořili neinvazivní zařízení, které umožnilo rozlišit mikrocirkulaci i v těch nejjemnějších cévách (menších než 100 mikrometrů). V případě jater bylo možné identifikovat a rozlišit jejich tři krevní sítě (arteriální, žilní a portální) díky jejich hemodynamickému podpisu.
Pařížští vědci už nyní uspěli v mapování průtoku krve v celém orgánu u zvířat (srdce, ledviny a játra) s velkou přesností, a to ve čtyřech rozměrech: 3D + čas. Pokud by nová zobrazovací technika byla aplikovaná na lidi, mohla by zlepšit naše chápání oběhového systému. Žíly, tepny, cévy a lymfatický systém by tak usnadnil diagnostiku některých onemocnění souvisejících s krevním oběhem.
Jakákoli změna v této síti, ať už strukturální nebo funkční, může mít závažné klinické důsledky, včetně srdečního selhání, selhání ledvin a různých chronických onemocnění. V současné době však neexistuje žádná zobrazovací metoda, která by dokázala vizualizovat mikrocirkulaci a posoudit integritu celého oběhového systému, od velkých tepen až po nejjemnější arterioly, na úrovni celého orgánu.
Tato technologie bude nyní testovaná na lidech v rámci klinického hodnocení. Vývoj umožňující nasazení u lidí probíhá s pomocí Technologického výzkumného akcelerátoru pro biomedicínský ultrazvuk, který vytvořila společnost Inserm a je integrován do Ústavu fyziky pro medicínu.
Ilustrace nové technologie ve videu:
Autoři výzkumu: Tým výzkumníků z Insermu z Institutu fyziky pro medicínu v Paříži (Inserm/ESPCI Paris-PSL/CNRS)
Krystaly by se mohly přidávat například do bankovek, aby se ztížilo jejich padělání. Pokud byste chtěli vědět, zda je daná bankovka pravá, stačilo by posvítit na „časový vodoznak“ a sledovat vzor, který se objeví.
Nejde o první časový krystal, který byl vytvořen, ale je prvním, který můžeme skutečně vidět. Přelomový vzorek vytvořili fyzici z Coloradské univerzity Boulder. K výrobě použili tekuté krystaly, stejné, jako jsou v displejích telefonů.
„Časový krystal“ je název pro zvláštní fázi hmoty, ve které se částice, jako jsou například atomy nebo i jiné částice, nacházejí v neustálém pohybu. Fascinující na celé věci je, že je lze pozorovat nejen přímo pod mikroskopem, ale za určitých podmínek dokonce i pouhým okem.
Vědci navrhli skleněné články, které naplnili tekutými krystaly – v tomto případě „tyčinkovitými molekulami“, které se chovají trochu jako pevná látka a trochu jako kapalina.
Za zvláštních okolností, pokud na ně posvítíte, tekuté krystaly začnou vířit a pohybovat se podle vzorů, které se v průběhu času opakují. Pod mikroskopem se tyto vzorky tekutých krystalů podobají psychedelickým tygřím pruhům a mohou se pohybovat celé hodiny, podobně jako hodiny, které se otáčejí celou věčnost.
Existující krystaly v prostoru a čase
Krystaly času možná zní jako něco ze sci-fi. Ve skutečnosti se vědci inspirovali z přírodních krystalů, jako jsou diamanty, nebo obyčejná kuchyňská sůl. Tradiční krystaly si skutečně můžeme představit jako ty „vesmírné“. Například atomy uhlíku, které tvoří diamant. Ve skutečnosti tvoří v prostoru mřížkový vzor, který je velmi těžké rozdělit.
Základní myšlenkou se tedy stal záměr, zda by bylo možné vytvořit krystal, který by byl podobně dobře organizovaný. Ovšem ne v prostoru, ale v čase. Ani v klidovém stavu by atomy v takovém stavu netvořily mřížkový vzor, ale pohybovaly by se, nebo transformovaly v nekonečném cyklu, jako GIF, který se opakuje stále dokola a pokud ho něco nezastaví, koná tak donekonečna.
Původní koncept, kterým přišel nositel Nobelovy ceny Frank Wilczek už v roce 2012, se ukázal jako nerealizovatelný, ale v průběhu let vědci vytvořili fáze hmoty, které se k sobě poměrně přibližují. Fyzici Zhao a Smalyukh testovali, zda by mohli dosáhnout podobného výkonu s tekutými krystaly.
Foto: Zhao a Smalyukh, 2025, Univerzita Colorado / CC BY-NC-ND 4.0
Smaljukh vysvětlil, že pokud tyto molekuly stisknete správným způsobem, shluknou se tak pevně, že vytvoří smyčky. Je pozoruhodné, že se tyto smyčky pohybují a za určitých podmínek se mohou chovat i jako atomy. Smalyukh a Zhao pak vložili roztok tekutých krystalů mezi dva kusy skla potažené molekulami barviva. Samy o sobě tyto vzorky většinou zůstaly v klidu. Když je ale zasáhli určitým druhem světla, molekuly barviva změnily svou orientaci a stlačily tekuté krystaly. Během toho se náhle vytvořily tisíce nových zlomů. Tyto uzly také začaly vzájemně interagovat po neuvěřitelně složité sérii kroků. Představte si místnost plnou tanečníků. Dvojice se rozdělí, točí se po místnosti, zase se spojí a všechno to dělají znovu a znovu.
Vzory, které vytvořili, bylo v čase také neobvykle těžké prolomit. Vědci mohli zvýšit nebo snížit teplotu svých vzorků, aniž by narušili pohyb tekutých krystalů.
Představte si, že doma vaříte oběd a energie, která žene troubu nebo indukci, přichází přímo ze slunce. Ne z elektrárny někde za městem, ale ze střechy Vašeho vlastního domu.
Posouzení vhodnosti
Než začnete snít o fakturách za elektřinu, které jsou nižší než účet za Netflix, je potřeba zjistit, zda se na Vašem domě solární elektrárna vůbec vyplatí. Hlavní roli hraje střecha. Potřebujete dostatek prostoru, ideálně bez velkého stínění od sousedovy majestátní lípy. Čím více přímého slunce panely dostanou, tím více energie vyrobí. Důležité je podívat se i na orientaci střechy, protože panely nejraději míří na jih. Pokud je dům orientován trochu jinak, nemusí to být katastrofa, jen se výnos sníží. V tomto článku se dozvíte,jak funguje domácí fotovoltaika innogy a proč byste o ní měli pouvařžovat.
Návrh řešení
Když víte, že má dům solární potenciál, je čas navrhnout konkrétní řešení. V této fázi je dobré přizvat odborníky, kteří spočítají, kolik panelů se na střechu vejde a kolik energie dokážou pokrýt. Podstatné je znát spotřebu domácnosti.
Pokud máte čtyři děti a pračka běží v podstatě denně, potřebujete jinou kapacitu než důchodce, jehož největší zátěž představuje večerní lampička. Návrh řešení zahrnuje i rozhodnutí, zda zvolit baterii na ukládání přebytků. Ta sice stojí více, ale umožní využívat slunce i večer, kdy už zapadlo.
Instalace
Jakmile je projekt hotový, přichází chvíle, kdy se po střeše začnou pohybovat montážníci. Instalace panelů bývá rychlejší, než by se čekalo. Obvykle jde o pár dnů práce. Nemusíte se obávat, že to bude připomínat stavbu pyramidy. Moderní solární systémy jsou navržené tak, aby montáž probíhala hladce a bez větších zásahů do konstrukce domu. Panely se ukotví, propojí a přivedou kabely k měniči. A když poprvé uvidíte ten lesklý povrch panelů, možná si budete připadat jako majitel vesmírné základny.
Připojení k síti
Samotná instalace je jen částí příběhu. Aby elektřina z panelů mohla napájet Vaše spotřebiče, musí být systém připojen do distribuční sítě. Zde už se nevyhnete papírům a byrokracii. Naštěstí to většinou řeší přímo firma, která instalaci provádí. Jakmile je vše zaregistrováno a schváleno, můžete se těšit na první okamžik, kdy Vaše lednice běží na energii, která k Vám dorazila přímo ze slunce. A věřte, že ten pocit je k nezaplacení.
Údržba
Dobrá zpráva je, že solární elektrárna nevyžaduje žádné složité rituály ani každodenní péči. Panely se čistí prakticky samy deštěm, jen občas se doporučuje nechat je zkontrolovat odborníkem. Když je budete mít na střeše třeba dvacet let, může se jejich výkon snížit, ale stále budou vyrábět energii. Je to trochu jako s člověkem – v padesáti už možná nedáte sprint na sto metrů za dvanáct vteřin, ale pořád zvládnete běžet. Tak i panely neztratí schopnost dodávat energii úplně, jen trochu zpomalí.
Přínosy, které stojí za to
A proč do toho jít? Za prvé, ušetříte peníze. Účty za elektřinu se sníží a přebytky můžete prodávat zpátky do sítě. Za druhé, získáte větší energetickou soběstačnost. Když okolí postihne výpadek proudu a sousedé tápou po svíčkách, Vy můžete dál sledovat svůj oblíbený seriál. A za třetí, pomůžete planetě. Každý kilowatt vyrobený ze slunce znamená méně emisí z uhlí nebo plynu. Kromě radosti z úspor tak získáte i dobrý pocit, že jste trochu ekologický superhrdina.
Pořízení solární elektrárny není jen jednorázová investice, je to krok do budoucnosti. Technologie se neustále vyvíjí, účinnost panelů roste a ceny postupně klesají. To znamená, že co se vyplatí dnes, bude ještě výhodnější v dalších letech.
Plasty už snad ani nechceme. Planeta je plná odpadu, který se nedá zpracovat. Tento nový materiál však umí svůj tvar měnit opakovaně a obnovuje se bez jakéhokoli zhoršení. Což jistě potěší nejen výrobce, ale také mnohé ekology.
Magnetické mikropilární pole se skládají z drobných vertikálních struktur ve tvaru kolíků, které jsou uspořádané do mřížkového vzoru. Tyto mikropilární prvky můžou při vystavení magnetickému poli měnit svůj tvar na předem naprogramovanou geometrii.
Vědci je vyrobili z magneticky citlivých kompozitů, které obsahují pryžové polymery, jako je polydimethylsiloxan (PDMS), do kterých zabudovali magnetické částice.
Jedinou nevýhodou je, že magnetická pole mikrosloupků si bohužel můžou svůj tvar udržet pouze dočasně. Pouze tak dlouho, dokud na ně působí magnetické pole. Předchozí testy zkoumaly různé přístupy k řešení tohoto problému, včetně ve vodě rozpustných polymerních pojiv a potahování základny deformovaných mikrosloupků termosetovými pryskyřicemi, které by při zahřátí vytvrdly a zafixovaly jejich tvar. I když jsou účinné pro fixaci tvaru, přinášejí s sebou omezení. Například ve vodě rozpustná pojiva brání použití ve vodném prostředí, zatímco termosetové pryskyřice neumožňují reverzibilní změnu tvaru.
V průlomové studii vědci z Pusanské národní univerzity v Jižní Koreji nové materiály, nazývané kovalentní adaptabilní sítě na bázi disulfidů (DS-CAN). Zavedli strategii fixace tvaru bez rozpouštědel a pryskyřic, která řeší nevýhody předchozích metod. Tyto nové materiály podporují aktivaci na bázi UV záření při pokojové teplotě, což umožňuje bezkontaktní, přesné a časoprostorově řízené zpracování, které je zároveň energeticky úsporné.
Foto: Chae Bin Kim z Pusanské národní univerzity v Jižní Koreji/Tiskový zdroj EurekAlertMagnetická mikropilární pole založená na DS-CAN umožňují reverzibilní a bezkontaktní rekonfiguraci tvaru a fixaci tvaru vystavením ultrafialovému světlu při pokojové teplotě nebo po zahřátí, což umožňuje vývoj pokročilých mikrozařízení s jedinečnými schopnostmi.
Tato schopnost umožňuje DS-CANům opravit poškození, nebo svařit dohromady dva vzorky pomocí UV světla nebo tepla. Umožňují také přepracování práškových vzorků na konsolidované pevné vzorky. A co je nejdůležitější, DS-CANy umožňují fixaci tvaru po deformaci za pomoci UV nebo tepla, která je na rozdíl od tradičních termosetických polymerů také reverzibilní.
Aby tým demonstroval potenciál pro reverzibilní, bezkontaktní fixaci tvaru na vyžádání, vložil magnetické částice neodymu, železa a bóru (NdFeB) do DS-CAN, čímž vytvořil nová pole magnetických mikropilár DS-CAN/NdFeB. Tyto mikropiláry mohou měnit svůj tvar v reakci na magnetické pole a nový tvar lze fixovat pomocí UV světla. I po odstranění magnetického pole zůstává tvar zachován. Tato změna tvaru je také reverzibilní působením opačného magnetického pole a následnou fixací pomocí UV světla.
Foto: Pokročilé materiály vydané nakladatelstvím John Wiley and Sons/Tiskový zdroj EurekAlertStudie byla vybraná jako titulní strana připravovaného prvního červencového čísla časopisu Advanced Materials.
Tato pole mikropilár navíc umožňují prostorovou kontrolu nad změnou tvaru, přičemž tvar mikropilár mění pouze v určité oblasti mřížky pomocí maskovaného UV záření. Výzkumníci také vyrobili mikrodentikuly DS-CAN/NdFeB – žebrované mikropiláry napodobující žraločí kůži, což demonstruje schopnost materiálu vytvářet složité 3D mikrostruktury.
Tato technologie bude využitelná pro řadu technologií, včetně laditelných robotických chapadel, které se dokážou přizpůsobit jemným tvarům, programovatelným inteligentní povrchům, přepínatelných lepidel a přesně ovladatelných systémů pro podávání léků.
Internet je největší digitální knihovna na světe. Tato počítačová síť propojuje miliardy strojů podzemními a podvodními optickými kabely, které spojují všechny kontinenty a ostrovy kromě Antarktidy.
Podle hrubých odhadů by tato rychlost umožnila stáhnout si celý internetový archiv za méně za méně než čtyři minuty.
Aby vědci dosáhli této rychlosti, vyvinuli pro přenos informací nový typ optického vlákna na vzdálenost zhruba mezi New Yorkem a Floridou. Japonští vědci následně uvedli, že vytvořili nový světový rekord v nejrychlejší rychlosti internetu, když přenesli přes 125 000 gigabajtů dat za sekundu na vzdálenost 1 802 kilometrů.
To je asi 4 milionkrát více než je průměrná rychlost internetu v USA. Podle některých hrubých odhadů by vám to umožnilo stáhnout si celý internetový archiv za méně za méně než čtyři minuty.
To je také více než dvojnásobek předchozího světového rekordu 50 250 Gb/s, který v roce 2024 stanovil jiný tým vědců.
Aby se dosáhlo této nové rychlosti, která zatím nebyla nezávisle ověřena, tým vyvinul nový typ optického vlákna pro přenos informací průlomovou rychlostí na vzdálenost zhruba mezi New Yorkem a Floridou.
Nový typ optického vlákna je co do přenosové kapacity ekvivalentní 19 standardním optickým vláknům. Nové optické vlákno je vhodnější pro přenos na dlouhé vzdálenosti než stávající kabely, protože středy všech 19 vláken interagují se světlem stejným způsobem, takže se setkávají s menším kolísáním světla, což má za následek menší ztrátu dat.
Nový kabel vmáčkne 19 samostatných vláken do průměru pěti tisícin palce (0,127 milimetru), což je stejná tloušťka jako většina stávajících jednovláknových kabelů, které se již používají. Díky tomuto úsilí může nový kabel přenášet více dat s využitím stávající infrastruktury.
Článek byl upraven podle vědecké studie Sinana Ketena, hlavního autora studie, který je odborníkem na bio materiály. Je profesorem a docentem strojního inženýrství a profesorem civilního a environmentálního inženýrství na Northwesternské univerzitě McCormick School of Engineering.
Pavoučí hedvábí je nejsilnějším organickým vláknem. Čím více je natahujete, tím jsou vlákna pevnější.
Pavoučí vlákno, které vypadá velmi křehce, je pevnější než ocel, tvrdší než kevlar a navíc je pružné jako guma.
Jak je to možné?
Když pavouci ze své žlázy spřádají hedvábí, použijí zadní nohy k tomu, aby vlákno chytili a vytáhli. Tím se vlákno při jeho tvorbě natahuje a zpevňuje. Díky tomuto přirozenému procesu je vlákno velmi pevné a také velmi elastické. Vědci zjistili, že můžou upravit mechanické vlastnosti vlákna jednoduše, a to změnou míry natažení.
Výhodou takového vlákna je také to, že je biologicky odbouratelný. Je to tedy ideální materiál pro lékařské účely. Mohl by se používat pro chirurgické stehy a adhezivní gely pro uzavření ran, protože by se v těle přirozeně a neškodně rozložil. Ale to není všechno.
Díky nové studii by vědci mohli zkonstruovat proteiny inspirované pavoučím hedvábím a zkopírovat procesy spřádání pro různé aplikace. Taková vlákna by se pak dala použít nejen v medicíně, ale dokonce i k výrobě vysoce výkonných neprůstřelných vest.
Chov pavouků pro získání jejich přírodního vlákna je ale drahý. Jde o energeticky náročný a obtížný proces. Takže vědci místo toho chtějí v laboratoři znovu vytvořit materiály, které budou co nejvěrnější kopií.
Simulace pavoučího hedvábí
Vědci zjistili, proč je tato role protahování tak důležitá. Simulací pavoučího hedvábí v modelu tým zjistil, že proces natahování zarovná proteinové řetězce ve vláknech a zvyšuje počet vazeb mezi těmito řetězci. Oba faktory pak vedou k silnějšímu a tužšímu vláknu.
Umělé pavoučí hedvábí poskytuje silnější a biologicky odbouratelnou alternativu k jiným syntetickým materiálům, což jsou většinou plasty získané z ropy.
Když vědci začali s touto studií, věděli, že toto natahování je nezbytné pro výrobu opravdu silných vláken, ale nikdo dosud nevěděl proč tomu tak je. Ale s jejich novou výpočetní metodou byli schopni zkoumat, co se ve vlákně děje v nanoměřítku.
Prostřednictvím simulací vědecký tým z Northwesternské univerzity zkoumal, jak protahování ovlivňuje uspořádání proteinů ve vláknech a jak protahování mění pořadí proteinů, vzájemné spojení a pohyb molekul ve vláknech.
Vědci v tom mají jasno
Vědci zjistili, že protahování způsobilo, že se proteiny „seřadily“, což zvýšilo celkovou pevnost vlákna. Zjistili také, že protahování zvýšilo počet vodíkových vazeb, které fungují jako mosty mezi proteinovými řetězci a tvoří pevné vlákno. Nárůst vodíkových vazeb přispívá k celkové pevnosti, houževnatosti a pružnosti vlákna.
Jakmile je vlákno vytlačeno, jeho mechanické vlastnosti jsou ve skutečnosti docela slabé, ale když se natáhne až na šestinásobek původní délky, stane se velmi silným.
Přestože si Graham dříve myslel, že pavouci jsou jen odpudiví, nyní vidí jejich potenciál pomoci vyřešit skutečné problémy.
„Dřív jsem si myslel, že jsou na obtíž. Teď je vidím jako zdroj fascinace.“
Podle tiskové zprávy Fiony Dennehyové z Institutu Alana Turinga, EurekAlert
Aby meteorologové mohli předpovídat počasí, musí počítač zpracovat obrovské množství dat. Ty se v současnosti generují prostřednictvím složitého souboru fází, z nichž každá trvá několik hodin. Data se následně zpracují v počítači a nebudu přehánět, když řeknu, že to potřebuje opravdu hoooodně času a hooodně odborníků.
Moderní přístup k prognózám byl vynalezen už před sto lety. Zasloužil se o něj Lewis Fry Richardson, který během první světové války pracoval jako řidič sanitky, když si uvědomil, že schopnost předpovídat počasí může pomoci zachránit životy. Tato myšlenka ho přivedla k vyvinutí prvního matematického postupu k předpovídání počasí.
Richardsonova metoda byla sice tehdy průlomová, ale také byla časově velmi náročná. Vypočítal, že k vytvoření včasné předpovědi na následující den by bylo zapotřebí 64 000 lidí pracujících s logaritmickými pravítky. Právě vývoj superpočítačů v 50. letech 20. století učinil Richardsonův přístup praktickým.
Revoluční řešení
Revoluční systém předpovídání počasí, Aardvark Weather, dokáže poskytovat přesné informace desetkrát rychleji a s tisíckrát menším výpočetním výkonem, než současné předpovědní systémy založené na fyzice. Obrovské datové soubory posbírané ze satelitů, meteorologických stanic a dalších senzorů vědci nahradili jediným jednoduchým modelem strojového učení, který využívá stejná data a následně dokáže poskytnout globální i místní předpovědi, které jsou navíc k dispozici během několika minut, a to i na běžném stolním počítači.
K použití AI pro předpovídání počasí přispěl nedávný výzkum společností Huawei, Google a Microsoft, který ukázal, že jedna součást tohoto potrubí pro sběr dat, a to numerický řešič, který počítá, jak se počasí vyvíjí v průběhu času, může být nahrazen umělou inteligencí, což vede k rychlejším a přesnějším předpovědím.
Jeden místo deseti
Při použití pouhých 10 % vstupních dat existujících systémů Aardvark již nyní předčí americký národní předpovědní systém GFS a je také schopný konkurovat s předpověďmi Meteorologické služby USA, které využívají vstupy z desítek modelů počasí a analýzy od expertních lidských prognostiků. Mimochodem, tuto novou kombinaci umělé inteligence a tradičních metod už nyní používá Evropské centrum pro střednědobé předpovědi počasí. A protože se učí přímo z dat, umí své předpovědi rychle přizpůsobit na míru pro konkrétní odvětví nebo lokalitu, ať už jde o předpovědi teplot pro africké zemědělství nebo rychlosti větru pro firmy zabývající se obnovitelnými zdroji energie v Evropě.
Aerdvark tak brzy nahradí tradiční systémy předpovědi počasí, kde vytvoření konkrétního systému přizpůsobeného na míru vyžadoval roky práce s velkým týmem odborníků.
A to není všechno. Jakožto komplexní vzdělávací systém AI ho lze snadno aplikovat na další problémy při předpovídání počasí. Dokáže totiž odhalit například i požáry, hurikány a tornáda. A aby toho neměl na staroti málo a nezačal se náhodou nudit, bude jeho aplikace kromě sledování počasí zahrnovat také předpovědi celého zemského systému, včetně předpovědí kvality vzduchu, dynamiky oceánů a také sledování mořského ledu.
Aardvark byl vyvinutý výzkumníky z univerzity v Cambridge s podporou institutu Alana Turinga, Microsoft Research a Evropské centrum pro střednědobé předpovědi počasí.
Letadlo díky sérii parabol mohlo simulovat stav beztíže. V 90. letech poskytlo vědcům jedinečný způsob, jak studovat chování tekutin, průběh hoření a chování materiálů v prostředí mikrogravitace. Šlo o velmi důležité testy, které měly zabránit neočekávanému chování materiálů na oběžné dráze Země.
Když se řekne mikrogravitace, anebo „volný pád“, mnoha lidem se zvedne žaludek. A i když ho uměly napodobit některé kolotoče, těžko byste nahnali partu budoucích astronautů a vědců do lunaparku, aby tam testovali materiály ve stavu beztíže. NASA proto sáhla po jiném řešení.
To, co nám tady na Zemi přijde „normální“, se mimo naši atmosféru může chovat zcela nepředvídatelně. Představte si, že byste astronautům na ISS poslali matraci z materiálu, který by se ve vesmíru rozpínal tak dlouho, až by nakonec roztrhal celou vesmírnou stanici. NASA se proto rozhodla, že tyto věci otestuje v zapůjčeném dopravním letadle, které vyšle čumákem k horizontu a pak pustí volným pádem rovnou k zemi.
Upravené dopravní letadlo
V roce 1990 padlo rozhodnutí pro společnost McDonnell Douglas DC-9. Vedení NASA převzalo plnou odpovědnost za letadlo, které bylo pronajaté ministerstvem energetiky USA. Tento letoun vyžadoval dva piloty, palubního inženýra a ředitele zkoušek.
DC-9 dorazilo do Lewisu v říjnu 1994 ve své původní variantě určené pro běžné cestující. Během následujících tří měsíců technici odstranili téměř všechna sedadla, vyztužili podlahu a strop a instalovali nové energetické, komunikační a naváděcí systémy. Nainstalovali také nové nákladové dveře o rozměrech cca 2×3 metry, které umožnily přesun velkého vybavení.
Jak probíhaly testy
Když pilot prudce zvednul čumák letadla DC-9 k horizontu, na palubovce zazvonil zvonek a zablikal stroboskop. V tuto chvíli byli pasažéři tlačeni k podlaze kabiny silou dvakrát větší, než je běžná gravitace. Krev lidí, kteří byli na palubě, rychle odtékala z hlavy.
Jakmile se zrychlení zpomalilo na požadovanou úroveň a letadlo se přehouplo přes svůj oblouk, velitel letových testů prohlásil: „Jsme nad vrcholem!“ To už bylo znamení, že tlak v letadle začne prudce klesat. Letadlo se v tu chvíli začalo řítit vpřed volným pádem. Na dalších 20 až 25 sekund se všichni a vše, co nebylo připoutané, začalo vznášet. (Vsadím se, že těchto 25 sekund pro ně trvalo nejmíň hodinu! Ano, čas je pouze relativní veličina!) Vědci pak rychle začali provádět své experimenty. A to tak dlouho, dokud pilot nevrátil letadlo zpět do vodorovného letu při normální zemské gravitaci.
Letadlo DC-9 NASA. Fotografie byla pořízena 5. srpna 1996.
Budoucí experimenty na oběžné dráze
Na palubě letadla DC-9 se testovaly experimenty, které zahrnovaly měření zrychlení prostoru, smyčky kapilárního čerpadla, chování bublin, praskání tenké vrstvy kapaliny, hořlavost materiálů a šíření plamene.
DC-9 mohlo pojmout až osm experimentů a 20 výzkumných pracovníků na každý let. Byl to vysoce interaktivní zážitek, když vědci na palubě doprovázeli své testovací sady, aby získali další informace přímým pozorováním. Vědci byli často tak soustředěni na svou práci, že ani nevnímali levitaci svých vlastních těl.
Lety, které byly řízené z mezinárodního letiště Cleveland Hopkins, byly vedené v omezeném vzdušném prostoru nad severním Michiganem. Letoun někdy létal až 40 parabol v jedné misi.
Zpráva z roku 1996
Letadlo DC-9 od 18. května 1995 do 11. července 1997 nalétalo přes 400 hodin, při mikrogravitačních letech proběhlo více než 70 trajektorií a uskutečnili 73 výzkumných projektů. Více o testech ukazuje zpráva z roku 1996 v .pdf v anglickém jazyce.
Mikroorganismy nabízejí nevyužitý potenciál pro pokrok v biotechnologii a udržitelnosti životního prostředí. Jejich složitost však představuje výzvy pro izolaci a podrobné studium specifických funkčních mikrobů.
Systém AI-RACS spojuje optickou pinzetu, jednobuněčnou Ramanovu spektroskopii (SCRS) a umělou inteligenci. Toto spojení umožňuje přesnou identifikaci, třídění a sběr jednotlivých buněk a transformuje mikrobiální jednobuněčný výzkum z manuálních operací s nízkou propustností na vysoce výkonné automatizované pracovní postupy.
Systém třídění buněk
Vědci ze Single-Cell Centera Qingdaova institutu Bioenergie a Technologie bioprocesů Čínské akademie věd (CAS) společně vyvinuli systém třídění buněk aktivovaných Ramanem (AI-RACS) s pomoci umělé inteligence.
Tento inovativní systém zautomatizoval izolaci a funkční analýzu mikroorganismů odolných vůči hliníku (ATM) z kyselé půdy. Jde o významný posun od manuálních, pracně náročných postupů, k vysoce výkonným automatizovaným pracovním postupům.
Foto: LIU Yang / Čínská akademie věd / Tiskový zdroj EurekAlertAI-RACS podporuje těžbu půdních mikrobiálních zdrojů
Vědci úspěšně identifikovali a izolovali 13 kmenů tolerantních k hliníku, včetně Burkholderia spp., Rhodanobacter spp. a Staphylococcus aureus. Tyto kmeny vykazovaly vyšší metabolickou aktivitu ve srovnání s kmeny identifikovanými tradičními kultivačními metodami.
Použití SCRS jako kvantitativního biomarkeru umožnilo přesně určit a kategorizovat metabolicky aktivní mikroby s bezkonkurenční přesností.
Systém AI-RACS otevírá nové možnosti v oblastech jako je obnova zdrojů, environmentální management a průmyslové biotechnologie.
Foto: Beatrice Britton / Adam Clancy / Tiskový zdroj AAAS
Obzvláště slibné jsou nanovlákna ze škrobu, který většina zelených rostlin produkuje jako přebytečnou glukózu.
Vlákna by se mohla používat v obvazech na podporu hojení ran, protože nanovlákenné obvazy jsou vysoce porézní, propouštějí vodu a vlhkost, ale nepustí bakterie.
Náplast ze špagetových nanovláken dokáže fungovat jako lešení pro regeneraci kostí a pro podávání léčiv. Jsou však závislé na extrakci škrobu z rostlinných buněk a jeho čištění, což je proces vyžadující mnoho energie a vody.
Podle výzkumníků je ekologičtější metodou vytvořit nanovlákna přímo ze složky bohaté na škrob, jako je mouka, která je základem těstovin.
Foto: Beatrice Britton / Adam Clancy / Tiskový zdroj EurekAlert
Rastrovací elektronový mikroskop
Tým použil rastrovací elektronový mikroskop, který skenoval podložku fokusovaným svazkem elektronů a vytvářel obraz na základě obrazce elektronů, které byly vychýlené nebo vyražené. Každé jednotlivé vlákno je příliš úzké na to, aby je bylo možné zřetelně zachytit jakoukoli formou kamery nebo mikroskopu.
Nejtenčí špagety na světě jsou asi 200krát tenčí než lidský vlas. Špagety nemají být novou potravinou, ale byly vytvořené kvůli širokému využití, které mají extrémně tenká vlákna materiálu, tzv. nanovlákna, v medicíně a průmyslu.
Zdroj: EurekAlert, Vědecký článek byl publikován v časopise Nanoscale Advances
Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering/Tiskový zdroj EurekAlert
Měření krevního tlaku pomocí manžety, které mají omezené možnosti poskytování hodnot krevního tlaku, mohou uniknout kritické vzorce. Nová nositelná náplast nabízí nepřetržitý tok dat o průběhu krevního tlaku, což mu umožňuje odhalit podrobné hodnoty kolísání krevního tlaku.
Nová náplast představuje významný milník, protože zařízení je prvním nositelným ultrazvukovým snímačem krevního tlaku, který prošel přísnou a komplexní klinickou validací na více než stech pacientech.
Vylepšenou nositelnou ultrazvukovou náplast pro nepřetržité a neinvazivní monitorování krevního tlaku vyvinul tým výzkumníků z Kalifornské univerzity v San Diegu.
Měkký a pružný silikon o velikosti poštovní známky přilne ke kůži. Při nošení na předloktí nabízí přesné měření krevního tlaku v reálném čase hluboko v těle.
Silikonový elastometr obsahuje řadu malých piezoelektrických měničů vložených mezi roztažitelné měděné elektrody. Snímače vysílají a přijímají ultrazvukové vlny, které sledují změny průměru krevních cév, které se následně převádějí na hodnoty krevního tlaku.
Technologická vylepšení nositelného ultrazvuku
Nositelná ultrazvuková náplast staví na dřívějším prototypu, který byl průkopníkem laboratoře Sheng Xu, profesora na katedře chemického a nano inženýrství rodiny Aiiso Yufeng Li.
Výzkumníci přepracovali náplast se dvěma klíčovými vylepšeními, aby zlepšili její výkon pro nepřetržité monitorování krevního tlaku. Nejprve sbalili piezoelektrické měniče blíže k sobě, což jim umožnilo poskytnout širší pokrytí, aby mohly lépe cílit na menší tepny, jako jsou brachiální a radiální tepny, které jsou klinicky relevantnější. Zadruhé přidali zadní vrstvu k tlumení nadbytečných vibrací z měničů, což vedlo ke zlepšení jasnosti signálu a přesnosti sledování tepenných stěn.
Při testech zařízení produkovalo srovnatelné výsledky s manžetou na měření krevního tlaku a dalším klinickým zařízením nazývaným arteriální čára, což je senzor vložený do tepny pro nepřetržité sledování krevního tlaku. Přestože je arteriální linie zlatým standardem pro měření krevního tlaku na jednotkách intenzivní péče a operačních sálech, je vysoce invazivní, omezuje pohyblivost pacienta a může způsobit bolest nebo nepohodlí. Náplast poskytuje jednodušší a spolehlivější alternativu, jak ukázaly ověřovací testy provedené u pacientů podstupujících zákroky na arteriální linii v srdečních katetrizačních laboratořích a na jednotkách intenzivní péče.
Obrázek: Tato malá pružná kožní náplast využívá ultrazvuk k nepřetržitému sledování krevního tlaku hluboko uvnitř těla. Komplexní klinické ověření na 117 subjektech, včetně pacientů na jednotce intenzivní péče, prokázalo jeho potenciál jako jednodušší a spolehlivější alternativy k současným klinickým metodám monitorování krevního tlaku.
Foto: Tiskový zdroj Northwesternské univerzity Pro senzorickou zpětnou vazbu nosí uživatel nové zařízení na krku.
Tým inženýrů pod vedením Northwesternské univerzity vyvinul nový typ nositelného zařízení, které stimuluje pokožku k poskytování různých komplexních vjemů.
Tenké, flexibilní zařízení jemně přilne k pokožce a poskytuje realističtější a pohlcující smyslové zážitky. I když se nové zařízení evidentně hodí pro hraní her a virtuální realitu (VR), vědci si představují i aplikace ve zdravotnictví.
Zařízení je nejnovějším pokrokem v nositelné technologii od průkopníka severozápadní bioelektroniky Johna A. Rogerse. Nová studie staví na práci publikované v roce 2019 v Nature, ve které jeho tým představil „epidermální VR“ systém propojený s pokožkou, který komunikuje dotek prostřednictvím řady miniaturních vibračních aktuátorů přes velké plochy pokožky s rychlým bezdrátovým ovládáním.
Využití energie uložené v kůži
Nové zařízení se skládá z šestiúhelníkového pole 19 malých magnetických ovladačů zapouzdřených v tenkém, flexibilním materiálu ze silikonové síťoviny. Každý aktuátor může poskytovat různé pocity, včetně tlaku, vibrací a kroucení. Pomocí technologie Bluetooth ve smartphonu zařízení přijímá data o okolí osoby, která je převádí na hmatovou zpětnou vazbu. Nahrazuje jeden vjem (např. zrak) jiným (dotek).
Přestože je zařízení napájeno malou baterií, šetří energii díky chytré „bistabilní“ konstrukci. To znamená, že může zůstat ve dvou stabilních polohách, aniž by potřeboval stálý přísun energie. Když aktuátory stlačí dolů, ukládá energii do pokožky a do vnitřní struktury zařízení. Když akční členy zatlačí zpět nahoru, zařízení použije malé množství energie k uvolnění uložené energie. Zařízení tedy využívá energii pouze tehdy, když aktuátory změní polohu. Díky této energeticky účinné konstrukci může zařízení fungovat delší dobu na jedno nabití baterie.
Pro identifikaci optimálního designu provedl Huangův tým systematické výpočetní modelování, aby prozkoumal, jak zařízení interaguje s pokožkou prostřednictvím elektromagnetického ovládání.
„Je nezbytné, aby tento bistabilní design mohl být univerzálně použit na všechny typy lidské kůže. Výpočtové modelování umožňuje přesnou optimalizaci a zajišťuje tuto schopnost,“ řekl Huang.
Nová technologie může ušetřit energii použitou například k odmrazování letadel, nebo domácích spotřebičů.
Vědci ze Severozápadní univerzity objevili nový způsob, jak výrazně omezit tvorbu námrazy na jakémkoli povrchu. Zjištění mohou pomoci snížit množství energie potřebné k následnému odmrazování.
Nový povrch zabraňuje 100% tvorbě námrazy na rovných plochách po dobu jednoho týdne. Vědci se při vývoji nemrznoucího materiálu nechali inspirovat listy rostlin, na jejichž vydutých žilkách se námraza netvoří.
První testy
V prvních testech byl tým vyladěním textury povrchu jakéhokoli materiálu schopný experimentálně snížit tvorbu námrazy až o 60%. Struktura povrchu v milimetrovém měřítku obsahuje optimalizovanou zubatou řadu vrcholů a údolí, které výzkumníci pozorovali v přírodě. S touto strukturou tým také teoreticky ukázal, že tvorbu námrazy lze snížit až o 80%. Přidáním dalšího prvku vědci nakonec dosáhli 100% úspěchu.
Nová budoucnost odmrazování
Mráz a led způsobuje vysoké škody, proto bylo podle vědců zásadní pracovat na vývoji technologie proti zamrzání, které budou odolávat po dlouhou dobu, a to i v extrémních podmínkách.
Lidé se tak možná brzy konečně rozloučí s odmrazováním mrazáku, nebo seškrabováním námrazy z kluzkých povrchů, jako jsou například skla aut. A to díky nové strategii, která zabraňuje tvorbě námrazy dříve, než začne.
Vědci zjistili, že úprava struktury jakéhokoli povrchu a přidání tenké vrstvy oxidu grafenu zabrání 100% tvorbě námrazy na povrchu po dobu jednoho týdne, nebo možná i déle. To je 1 000krát déle než u současných nejmodernějších povrchů nanášených na povrchy proti námraze. A jako bonus je nová škálovatelná konstrukce povrchu také odolná proti prasklinám, poškrábání a znečištění.
Inspirace z přírody
Vědci si všimli, že na listech rostlin je námraza, ale na konkávních oblastech (žilách) je viditelná mnohem menší vrstva. A i když si toho lidé všimli již před několika tisíci lety, je pozoruhodné, že neexistovalo žádné vysvětlení, jak se tyto vzory tvoří ve volné přírodě. Vědci si mysleli, že to řídí geometrie, nikoli materiál.
Prostřednictvím experimentální práce a výpočtových simulací vědci zjistili, že kondenzace je zesílená na vrcholcích a potlačena v údolích zvlněných povrchů. Malé množství zkondenzované vody v údolích se poté odpaří a vznikne tak bezmrazá oblast.
Síla grafenoxidu
V předchozí studii tým vyvinul povrch s milimetrovými vrcholy a údolími s malými úhly mezi nimi. V nové studii tým přidal oxid grafenu. Oxid grafenu přitahuje vodní páru a pak omezuje molekuly vody ve své struktuře. Vrstva oxidu grafenu tedy funguje jako nádoba, která brání zamrznutí vodní páry.
Když vědci zkombinovali oxid grafenu s povrchem makrotextury, odolával mrazu po dlouhou dobu při vysokém přesycení. Hybridní povrch se stává stabilní, dlouhotrvající a nemrznoucí zónou.
Ve srovnání s jinými nejmodernějšími povrchy proti námraze byla tato metoda jasným vítězem. Zatímco superhydrofobní (vodu odpuzující) povrchy napuštěné mazivem odolávaly 5-36 % tvorby námrazy po dobu až 5 hodin, povrch Park odolával 100 % tvorbě námrazy po dobu 160 hodin.
Foto: Technologická univerzita Chalmers | Rasmus Larsson / Tiskový zdroj EurekAlertV novém komunikačním systému lze slabý optický signál (červený) z vysílače kosmické lodi zesílit bez šumu, když narazí na dvě takzvané pumpovací vlny (modrá a zelená) různých frekvencí v přijímači na Zemi. Díky bezšumovým zesilovačům výzkumníků v přijímači je signál udržovaný nerušený a příjem na Zemi se stává rekordně citlivým, což zase otevírá cestu k bezchybnějšímu a rychlejšímu přenosu dat ve vesmíru v budoucnu.
Vědci z Chalmersovy technické univerzity ve Švédsku nyní vytvořili systém, který díky tichému zesilovači a přijímači citlivému na záznam otevírá cestu k rychlejší a lepší vesmírné komunikaci.
Při výzkumu vesmíru lze nyní využívat k přenosu snímků, filmů a dat z vesmírných sond na Zemi pomocí světla dálkové optické spoje. Aby však signály dosáhly až na místo a nebyly po cestě rušené, jsou zapotřebí hypercitlivé přijímače a zesilovače bez šumu.
Koncept optické vesmírné komunikace, který navrhli výzkumníci z Chalmersovy univerzity, otevírá nové možnosti komunikace a objevů ve vesmíru.
Systémy vesmírné komunikace jsou stále častěji založené na optických laserových paprscích namísto rádiových vln. Protože se ukázalo, že při použití světla k přenosu informací na velmi dlouhé vzdálenosti jsou ztráty signálu menší.
Ale i informace přenášené světlem ztrácejí během cesty svou sílu, a proto optické systémy pro vesmírnou komunikaci vyžadují extrémně citlivé přijímače schopné zaznamenat signály, které byly značně oslabené, než nakonec dorazily na Zemi.
Tichý zesilovač se zjednodušeným vysílačem zlepšuje komunikaci
Komunikační systém vědců využívá v přijímači optický zesilovač, který zesiluje signál s co nejmenším šumem, aby bylo možné jeho informace recyklovat. Stejně jako záře baterky se světlo z vysílače se vzdáleností rozšiřuje a slábne. Bez zesílení je signál po kosmickém letu tak slabý, že je přehlušen elektronickým šumem přijímače.
Po dvaceti letech boje s rušivým šumem, který narušoval signály, se výzkumnému týmu v Chalmers podařilo před několika lety předvést bezšumový optický zesilovač. Tichý zesilovač ale doposud nebylo možné prakticky využít v optických komunikačních spojích, neboť kladl zcela nové, podstatně složitější nároky na vysílač i přijímač.
Vzhledem k omezeným zdrojům a minimálnímu prostoru na palubě vesmírné sondy je důležité, aby vysílač byl co nejjednodušší. Tím, že umožnili přijímači na Zemi generovat dvě ze tří světelných frekvencí potřebných pro zesílení bez šumu a zároveň umožnili vysílači generovat pouze jednu frekvenci, byli výzkumníci z Chalmersu schopni poprvé implementovat zesilovač bez šumu v optickém komunikační systém. Výsledky ukazují vynikající citlivost, zatímco složitost vysílače je skromná.
„Tento fázově citlivý optický zesilovač v zásadě negeneruje žádný extra šum, což přispívá k citlivějšímu přijímači a k bezchybnému přenosu dat i při nižším výkonu signálu. Generováním dvou vln navíc jiné frekvence v přijímači, lze nyní k implementaci zesilovače použít konvenční laserový vysílač s jednou vlnou. Naše zjednodušení vysílače znamená, že lze použít již existující optické vysílače na palubě satelitů a sond spolu s nešumovým zesilovačem v přijímači na Zemi,“ říká Rasmus Larsson, výzkumník v oboru fotoniky v Chalmers a jeden z hlavních autorů studie.
Problém úzkého hrdla
Pokrok znamená, že tiché zesilovače výzkumníků mohou být nakonec použité v praxi v komunikačních spojeních mezi vesmírem a Zemí. Systém je tak připravený přispět k řešení dnes známého problému úzkého hrdla mezi vesmírnými agenturami.
NASA hovoří o „úzkém hrdle vědeckého návratu“ a rychlost sběru vědeckých dat z vesmíru na Zemi je faktorem, který představuje překážku v řetězu. Věříme, že náš systém je důležitým krokem vpřed směrem k praktickému řešení, které dokáže vyřešit toto úzké hrdlo,“ říká Peter Andrekson.
Dalším krokem pro výzkumníky je testování optického komunikačního systému s implementovaným zesilovačem při terénních studiích na Zemi a později i v komunikačních spojeních mezi satelitem a Zemí.
Foto: Chalmers University of Technology | Päivi Larssonová /Tiskový zdroj EurekAlertPeter Andrekson, profesor, Divize fotoniky, Katedra mikrotechnologie a nanověd.
Foto: Chalmers University of Technology | Päivi Larssonová /Tiskový zdroj EurekAlertRasmus Larsson, postdoktorandský výzkumný pracovník, Divize fotoniky, Katedra mikrotechnologie a nanověd.
Foto: Nathan Johnson, Severozápadní národní laboratoř Pacifiku/Tiskový zdroj EurekAlert Obrázek: Projekt TEC4 (Transferring Exascale Computational Chemistry to Cloud Computing Environment and Emerging Hardware Technologies), neboli převod exascale výpočetní chemie do prostředí cloud computingu a nových hardwarových technologií (TEC4)urychluje přechod metod elektronické struktury k jejich širokému použití v prostředí cloud computingu.
Některé počítačové výzvy jsou tak velké, že je nutné do toho jít naplno.
Takový přístup má různorodý tým vědců a počítačových expertů pod vedením Pacifické severozápadní národní laboratoře ministerstva energetiky spolu s kolegy z Microsoftu, dalších národních laboratoří a univerzity. Snaží se demokratizovat přístup k nově vznikajícím zdrojům cloud computingu.
Snaha, nastíněná v nedávné recenzované publikaci časopisu Chemical physic, poskytuje plán pro přesun vědeckých počítačových zdrojů do udržitelného ekosystému, který se vyvíjí s pokrokem technologie. Výzkumný tým prokázal, že cloud computing poskytuje agilní a svižný doplněk k výkonným špičkovým výpočetním zařízením, které byly po desetiletí tahouny vědeckých počítačů.
„Toto je zcela nové paradigma pro vědecké výpočty,“ řekl výpočetní chemik PNNL Karol Kowalski, který vedl mezioborové úsilí.
Udržitelný software v cloudu
Cloud se posunul daleko za místo, kde lze zaparkovat archiv fotografií a dokumentů. Počítačový průmysl přešel na poskytování výpočetní techniky jako služby mimo jiné finančním a farmaceutickým společnostem. V této iniciativě se výzkumný tým zaměřil na přenesení do cloudu výpočetně náročných algoritmů používaných k určení proveditelnosti navrhovaných nových chemikálií pro průmysl, pokročilé polymery, povrchové nátěry a řadu dalších aplikací.
Foto: Nathan Johnson, Severozápadní národní laboratoř Pacifiku/Tiskový zdroj EurekAlert/Tiskový zdroj EurekAlertObrázek: Cloud computing pro chemii.
Ve svém nejnovějším článku tým poskytuje informace a technická data o výkonu obou starších výpočetních algoritmů, jako je populární software NWChem vyvinutý původně v PNN a nejnovější software navržený pro využití nejpokročilejších architektur grafických procesorů (GPU). Jejich výsledky ukázaly, že rychlost a agilita cloud computingu otevírá dveře k dokončení pokročilých pracovních postupů výpočetní chemie během dnů místo měsíců.
Naplnění naléhavé potřeby energetických řešení
Během posledního desetiletí prokázala výpočetní chemie svou schopnost nejen řešit složité vědecké výzvy, ale také vést a interpretovat experimenty a nakonec umožnit předpovědi. Nejsložitější z těchto výzev nejlépe poslouží zdroje, které jsou k dispozici v předních počítačových zařízeních DOE, zejména možnosti exascale výpočetní techniky.
Tým například používal Microsoft Azure a sofistikované pracovní postupy ke zkoumání molekulární dynamiky složitých chemických problémů. Tyto simulace jsou užitečné pro studium složitých reakcí, které je obtížné pozorovat experimentálně.
Tento mocný nástroj používaný ke zkoumání molekulárních interakcí na atomové úrovni vyžaduje značné výpočetní zdroje kvůli své složitosti. Zde výzkumný tým demonstroval cestu vedoucí k rozkladu perzistentní látky znečišťující životní prostředí kyseliny perfluoroktanové. Je to příklad toho, jak lze použít výpočetní chemii k navrhování reálných strategií v oblasti sanace životního prostředí.
Zdroj: Článek je upraven z tiskové zprávy EurekAlert, PNNL
Nová fotonická výpočetní metoda využívá elektromagnetické vlny k rychlému řešení parciálních diferenciálních rovnic. Jde o jeden z nejmocnějších nástrojů matematického modelování problémů reálného světa.
Tato inovativní struktura, známá jako metatronická síť, se chová jako efektivní mřížka T-obvodů. Úpravou rozměrů a permitivity (permitivita vyjadřuje schopnost materiálu odolávat elektrickému poli) dielektrických vložek vědci prokázali kontrolu nad parametry PDE. To síti umožňuje řešit různé problémy s hraničními hodnotami, jako je rozptyl EM vln a zaostřování světla.
Ve fyzice, matematice a inženýrství jsou parciální diferenciální rovnice (PDE) nezbytné pro modelování různých jevů. Od difúze tepla po pohyb částic a šíření vln.
Zatímco některé PDE lze řešit analyticky, mnohé vyžadují numerické metody, které mohou být časově a výpočetně náročné. Pro řešení těchto problémů vědci zkoumají alternativní výpočetní paradigmata, včetně fotonických výpočtů.
Foto: RG MacDonald, A. Yakovlev a V. Pacheco-Peña, doi 10.1117/1.APN.3.5.056007/Tiskový zdroj EurekAlert
Vysokorychlostní výpočty
Fotonické výpočty využívají interakce světla a hmoty k provádění vysokorychlostních výpočtů. Nedávná studie z univerzity v Newcastlu, publikovaná v časopise Advanced Photonics Nexus, představuje nový přístup využívající elektromagnetické (EM) vlny k řešení PDE. Konkrétně Helmholtzovy vlnové rovnice.
Výzkumníci vyvinuli síť propojených vlnovodů vyplněných dielektrickými vložkami, která napodobuje chování tradičních obvodových prvků.
Doktor Victor Pacheco-Peña, odpovídající autor studie, zdůrazňuje potenciál těchto zařízení jako výpočtových akcelerátorů.
„Předpokládáme, že tato zařízení můžou být použité k vytváření rychlých přibližných řešení pro různé parciální diferenciální rovnice.“
Tento výzkum představuje významný krok vpřed v oblasti analogových výpočtů jako slibný způsob rychlého a efektivního řešení složitých rovnic.
Technologie ILM nabízí změnu konstrukcí mechanických spojů ve výrobě pro letectví, robotiku a biomedicínská zařízení.
Jako kostky Lega, nebo suché zipy. ILM spojuje dvě tělesa tím, že přenáší sílu a omezuje pohyb. Až dosud byl tento způsob spojování pasivní a vyžadoval patřičnou sílu.
Nové, nikl-titanové spoje, můžou po deformaci změnou teploty obnovit svůj původní tvar.
Řízení technologie spojování pomocí změn teploty otevírá nové možnosti pro inteligentní, přizpůsobivé struktury bez ztráty pevnosti, nebo stability. Navíc s většími možnostmi flexibility a funkčnosti.
Slitina s pamětí
V rámci spolupráce Texaské univerzity A&M a Národní laboratoře Sandia, vědci významně zdokonalili novou technologii spojování. Propojené metapovrchy (ILM), které jsou navržené tak, aby zvýšily pevnost a stabilitu konstrukce ve srovnání s tradičními technikami, jako jsou šrouby a lepidla. A to pomocí slitin s pamětí tvaru (SMA).
„Aktivní ILM mají revoluční potenciál změnit konstrukci mechanických spojů v průmyslových odvětvích vyžadujících přesnou a opakovatelnou montáž a demontáž,“ řekl Abdelrahman Elsayed, odborný asistent na katedře materiálové vědy a inženýrství v Texas A&M.
Foto: Dr. Ibrahim Karaman/Texas A&M Engineering/Tiskový zdroj EurekAlertDvě navrhované verze ILM v různých formách spojení.
Použití ILM
Praktické aplikace zahrnují návrhy rekonfigurovatelných komponentů pro leteckou a kosmickou techniku, u nichž je třeba díly několikrát sestavit a rozebrat.
Aktivní ILM by také mohly poskytnout flexibilní a přizpůsobitelné klouby pro robotiku, které by zlepšily její funkčnost. V biomedicínských zařízeních by mohla pacientům nabídnout lepší možnosti pro schopnost přizpůsobení implantátů a protéz pohybům těla a teplotám.
Efekt tvarové paměti
Součástky využívají efekt tvarové paměti SMA k obnovení tvaru ILM přidáním tepla. Vědci doufají, že na těchto zjištěních využijí superelastický efekt SMA k vytvoření ILM, které vydrží velké deformace a okamžitě se zotaví i při velmi vysokých úrovních deformace.
Dosažení superelasticity ve složitých 3D tištěných ILM umožní lokalizovanou kontrolu strukturální tuhosti a usnadní opětovné připojení pomocí vysokých uzamykacích sil.
Vědci navíc očekávají, že tato technologie bude řešit dlouhodobé problémy spojené s technikami spojování v extrémních prostředích.
Současné národní inventáře emisí skleníkových plynů (GHG) uvádějí, že střevní emise jsou třikrát až devětkrát vyššínež ty z hospodaření s hnojem. Včetně skladování a rozmetání kejdy a hnoje.
Technologie zachycování již existuje. Pokud bude zavedena v celém stádě dojnic v EU, přeměna metanu na biopalivo, by mohla snížit emise odpovídající odhadovaným 5,8 %. Což je zbývající rozpočet na zvýšení globální teploty. Pokud by se teplota udržela na 1,5 ◦C oteplování.
Národní inventáře emisí skleníkových plynů (GHG) uvádějí, že střevní emise jsou třikrát až devětkrát vyšší, než ty z hospodaření s hnojem. Včetně skladování a rozmetání kejdy a hnoje.
Výzkum Východoanglické univerzity zjistil, že emise metanu ze skladů kejdy na mléčných farmách, mohou být až pětkrát vyšší. Než uvádějíí oficiální statistiky. Proto zdůrazňuje obrovský potenciál pro jejich přeměnu na obnovitelný zdroj energie.
Mezivládní panel pro změnu klimatu
Výzkum, byl založený na měřeních ze dvou mléčných farem v Cornwallu v Anglii. S rostoucím počtem mezinárodních terénních výzkumů to naznačuje, že výpočty „Tier 2“ používané zeměmi ke každoročnímu hlášení emisí IPCC, nemusí být spolehlivé.
Zjištění, zveřejněná v časopise Environmental Research a nově zveřejněná bílá kniha IFEAA Net Zero Methane Hub, naznačují, že rovnováha mezi enterickými emisemi a emisemi z nakládání s hnojem, by mohla být spíše 50 na 50.
„Naštěstí máme technologii, která dokáže tento problém proměnit v obchodní příležitost pro farmáře, kteří mohou snížit účty za energii a stát se energeticky nezávislými, pokud zachytí a využijí metan jako palivo.
Výzkumníci analyzovali měření emisí kalové laguny ze dvou farem v letech 2022-23. Laguny byly zakryté vzduchotěsnými kryty a metan byl zachycován.
Zjistili, že kalové laguny produkují mnohem více metanu, než naznačují oficiální odhady, například odhady založené na metodách vyvinutých IPCC. Skutečné emise z farem byly 145 kg na krávu za rok a 198 kg na krávu za rok. To je čtyřikrát až pětkrát více než stávající oficiální údaj 38 kg na krávu uváděný v národním inventáři Spojeného království.
Metan v atmosféře
Existuje technologie pro zachycování, zpracování a využití metanu, který se v současné době ztrácí v atmosféře. A přispívá k akumulaci skleníkových plynů.
Výzkumníci také navrhují zjednodušení plánovacích a povolovacích procesů a daňové úlevy pro investice v dodavatelském řetězci. A to do obnovy a využití metanu.
George Eustice, bývalý státní tajemník pro životní prostředí a předseda IFEAA, dodal:
Methan je silný, ale krátkodobý skleníkový plyn a snížení emisí je zásadní pro cestu k čisté nule a omezení globálního nárůstu teploty na 1,5 stupně.
Vírové kruhy jsou záhadné a fascinující přírodní jevy. Vykazují úchvatné struktury a chování jak ve vzduchu, tak v elektromagnetických vlnách. Představte si vzduchové dělo, které dokáže vystřelovat prstence vírů a vytvářet tak dokonalý vzdušný vír. Tento jev není jen fyzikální podívanou, ale mistrovským dílem přírody.
Když vzduchové dělo vystřelí, okamžitý rozdíl tlaku způsobí, že vzduch vytvoří rotující prstencovou strukturu. Ta se plynule šíří vzduchem a předvádí jedinečný tvar a dynamiku víru. Aplikujeme-li stejný princip na elektromagnetické vlny, můžeme si představit „elektromagnetické vírové dělo“, které přímo emituje elektromagnetické vírové prstence. Díky vědeckému úsilí se tento koncept postupně stává realitou.
Docent Ren Wang z univerzity elektronických věd a technologií v Číně, odborný asistent Yijie Shen z Nanyangské technologické univerzity v Singapuru a jejich spolupracovníci z University of Southamptonu, navrhli novou metodu využívající koaxiální antény k přímému vyzařování elektromagnetického víru. Při svém výzkumu pozorovali charakteristiky pružného šíření a topologické struktury skyrmionů těchto virů.
Tito vědci shrnuli princip fungování svého elektromagnetického děla slovy: „Princip zahrnuje využití ultraširokopásmových, radiálně polarizovaných, kuželových koaxiálních rohových antén k vytvoření rotující struktury elektromagnetických vln.“
Když anténa vysílá, generuje okamžitý tlakový rozdíl, který tvoří tyto vírové prstence. Ty si udržují svůj tvar a energii na dlouhé vzdálenosti. Jedinečnost této metody spočívá v její schopnosti produkovat elektromagnetické pulsy se složitými topologickými prvky. Jako jsou skyrmiony, které během šíření vykazují pozoruhodnou odolnost a samoléčebné vlastnosti.
Potenciály, kde tuto technologii aplikovat, jsou rozsáhlé. Ve vysokokapacitních komunikačních systémech by tyto vírové pulsy mohly způsobit revoluci ve způsobu přenosu informací. Nabízejí totiž účinné a robustní metody kódování dat. Jedinečné spektrální a polarizační charakteristiky vírových prstenců jim umožňují přenášet více informací ve srovnání s tradičními vlnami. Což z nich dělá ideální kandidáty pro komunikační sítě nové generace.
Vzduchová děla a elektromagnetická děla
Vzduchová děla produkují viditelné vírové prstence generováním rotačních rozdílů tlaku vzduchu. Zatímco elektromagnetická děla vysílají elektromagnetické vírové pulsy pomocí koaxiálních rohových antén. Elektromagnetický systém také demonstruje vlastnosti vlastní odolnosti a topologii skyrmion, která nabízí jedinečný potenciál ve vysokokapacitní komunikaci, detekci cíle a kódování dat. Díky své komplexní dynamice vln a topologickým vlastnostem.
„Jejich schopnost zachovat strukturální integritu i v přítomnosti narušení životního prostředí je navíc staví jako cenné nástroje v dálkovém průzkumu Země a detekci cíle. Analýzou jedinečných vzorů těchto vírových pulzů můžeme vyvinout přesnější a spolehlivější metody pro detekci a lokalizaci objektů. Ať už vobranných systémech, nebo při průzkumu vesmíru,“ říkají vědci.
„Když uvažujeme o důsledcích našich zjištění, jsme obzvláště nadšeni z toho, jak by tento výzkum mohl vést k převratným pokrokům v metrologii a zpracování informací. Časoprostorová neoddělitelnost vírových pulzů poskytuje základ pro vývoj nových technik v komplexním kódování dat a možnosti vysoce přesných měření. Textury skyrmionu vložené do vírových prstenců navíc nabízejí zajímavé možnosti pro ukládání a zpracování topologických dat. Což potenciálně vede k efektivnějším způsobům správy a analýzy velkých datových sad.
„Tato práce nejen demonstruje neuvěřitelnou všestrannost elektromagnetických vírových prstenců, ale také připravuje půdu pro budoucí inovace v bezdrátové technologii. Vytváří příležitosti k předefinování našeho chápání elektromagnetických jevů,“ dodali vědci.
Pokud vám současný přenos dat připadá stále pomalý, můžete se těšit na novou super rychlost. Díky nové technologii tetrahertzové komunikace překročili vědci další hranici v bezdrátových přenosech.
Provoz na tetrahertzových frekvencích slibuje rychlost přenosu dat daleko přesahující současné systémy. Tyto systémy mohou podporovat bezprecedentní šířku pásma. To umožňuje ultra rychlou bezdrátovou komunikaci a přenos dat.
Multiplexer umožňuje, aby několik vstupních signálů sdílelo jedno zařízení nebo zdroj. Například data několika telefonních hovorů vedených po jednom kabelu.
První ultraširokopásmový integrovaný terahertzový polarizační (de)multiplexer je implementovaný na bezsubstrátové křemíkové bázi. Tým provedl úspěšné testování v sub-terahertzovém J-pásmu (220-330 GHz) pro 6G komunikaci a mimo ni.
Navrhovaný polarizační multiplexor umožní souběžný přenos více datových toků ve stejném frekvenčním pásmu, což efektivně zdvojnásobí datovou kapacitu, řekl profesor Withayachumnankul.
Seznam Advertorial
Nové zařízení, dokáže zdvojnásobit komunikační kapacitu při stejné šířce pásma s nižší ztrátou dat než stávající zařízení. Vyrábí se standardními výrobními postupy a umožňuje efektivní velkosériovou výrobu.
Foto: Dr. Weijie Gao / Università di OsakaProvozní schéma navrhovaného celokřemíkového terahertzového integrovaného polarizačního (de)multiplexeru.
Výsledkem je, že polarizační multiplexor je klíčovým faktorem pro realizaci plného potenciálu terahertzové komunikace. Pohání pokrok v různých oblastech, jako je streamování videa ve vysokém rozlišení, virtuální realita a mobilní sítě nové generace, jako je 6G.
Během následujících tří až pěti let tým očekává významný pokrok ve vysokorychlostní komunikaci, který povede ke komerčním prototypům a produktům v rané fázi. A během deseti let předpokládáme široké přijetí a integraci těchto terahertzových technologií v různých průmyslových odvětvích. Což způsobí revoluci v oblastech, jako jsou telekomunikace, zobrazování, radaru a věcí na internetu,“ řekl profesor Withayachumnankul.
Tento nejnovější polarizační multiplexor lze bez problémů integrovat s dřívějšími zařízeními pro vytváření paprsků na stejné platformě, aby bylo možné dosáhnout pokročilých komunikačních funkcí.
Jak dostat náboj podobný lidské energii vysílané ve svalech do umělého zdroje vytvořeného člověkem? Tak právě takovou výzvu řešili výzkumníci z Hokkaidské univerzity NIMS (Národní institut pro vědu o materiálech) a Farmaceutické univerzity Meiji.
Aby jejich výzva nebyla moc přízemní, vytvořili něco, co udrží stabilní elektrostatický náboj a zachová si tvar. Elektret bez potřeby dalšího zdroje.
Elektretové materiály schopné zadržovat elektrostatický náboj můžou být použité k vývoji zařízení poháněných vibracemi bez externích zdrojů energie. Zájem o vývoj takových lehkých, měkkých materiálů generujících energii roste hlavně v oblasti zdravotnictví, ale také v oblasti robotiky.
Co je gelový elektret
Gelový elektret je schopný stabilně udržet velký elektrostatický náboj. Tým do tohoto gelu zakomponoval vysoce flexibilní elektrody a vytvořil senzor schopný vnímat nízkofrekvenční vibrace. Např. vibrace generované lidským pohybem a převádět je na výstupní napěťové signály. Toto zařízení může být použité jako běžně nositelný zdravotní senzor.
Kapaliny alkyl–π vykazují vynikající vlastnosti zadržování náboje. Můžou být aplikované i na jiné materiály. Například nátěrem, nebo impregnací a navíc jsou snadno tvarovatelné.
Z kapaliny na alkyl
Výzkumnému týmu se podařilo vytvořit alkyl-π gel přidáním stopového množství nízkomolekulárního gelátoru do alkyl-π kapaliny. Zjistili, že modul pružnosti tohoto gelu je 40 milionkrát vyšší, než jeho kapalný protějšek. Mohl tak být zjednodušeně lépe fixovaný a utěsněný. Gel-elektret získaný nabitím tohoto gelu navíc dosáhl 24% zvýšení retence náboje ve srovnání se základním materiálem (tj. kapalinou alkyl–π), a to díky zlepšenému zadržení elektrostatických nábojů v gelu.
Spojení flexibilních elektrod s gelovým elektretem vytvořil vibrační senzor schopný vnímat vibrace s frekvencemi až 17 Hz a převést ji na výstupní napětí 600 mV.
V budoucím výzkumu si tým klade za cíl vyvinout nositelné senzory schopné reagovat na jemné vibrace a různé deformace namáháním dalším zlepšením charakteristik nabíjení elektretu (tj. kapacity nabití a životnosti nabití) a pevnosti alkyl-π gelu. A protože je tento gel navíc recyklovatelný a znovu použitelný jako materiál pro snímač vibrací, očekává se, že jeho použití pomůže podpořit oběhové hospodářství.
Zdroj:
Tisková zpráva NIMS, Hokkaido University a Meiji Pharmaceutical University vyvinul gelový elektret schopný stabilně udržet velký elektrostatický náboj.(„Alkyl–π Funkční molekulární gely: Kontrola modulu pružnosti a zlepšení výkonu elektretu“
Pomalé elektrony se používají při terapii u rakoviny i v mikroelektronice. Pozorovat ale jak se chovají v pevných látkách, je obtížné. Na Technické univerzitě ve Vídni je to nyní možné, a to pomocí triku.
Elektrony se mohou chovat velmi odlišně v závislosti na tom, kolik energie mají. Zda vystřelíte elektron s vysokou nebo nízkou energií do pevné látky, určuje, jaké efekty to může vyvolat. Elektrony s nízkou energií mohou být zodpovědné za vznik rakoviny. Ale i naopak. Mohou být použité k ničení nádorů. Význam mají i technologicky, například pro výrobu jemných struktur v mikroelektronice.
Měřit pomalé elektrony, je extrémně obtížné. Chování pomalých elektronů v pevných materiálech, je odhalovaná metodou pokusu a omylu. Na Technické univerzitě ve Vídni se však nyní podařilo získat nové cenné informace o chování těchto elektronů. Rychlé elektrony se používají ke generování pomalých elektronů přímo v materiálu. To nám umožňuje dešifrovat detaily, které byly dříve experimentálně nepřístupné. Novou metou představili vědci v časopise „Physical Review Letters“.
Dva typy elektronů současně
„Zajímá nás, co dělají pomalé elektrony uvnitř materiálu. Například uvnitř krystalu nebo uvnitř živé buňky,“ říká prof. Wolfgang Werner z Institutu aplikované fyziky na TU Vídeň. „Abyste to zjistili, museli byste vlastně postavit minilaboratoř přímo v materiálu, abyste mohli měřit přímo na místě. Ale to samozřejmě není možné.“
Můžete měřit pouze elektrony, které vycházejí z materiálu. Ale stále nevíte, kde se v materiálu uvolnily a co se s nimi od té doby stalo. Tým z TU Wien tento problém vyřešil pomocí rychlých elektronů, které pronikají do materiálu a stimulují tam různé procesy. Mohou například narušit rovnováhu mezi kladnými a zápornými elektrickými náboji v materiálu. Což pak může způsobit, že se další elektron přesune ze svého místa. Pohybuje se relativně nízkou rychlostí a v některých případech z materiálu unikne.
Zásadním krokem je nyní měření těchto různých elektronů současně. „Na jedné straně vystřelíme elektron do materiálu a změříme jeho energii, když se znovu vynoří. Na druhou stranu zároveň měříme, které pomalé elektrony vycházejí z materiálu.“ A kombinací těchto dat lze získat informace, které byly dříve nedostupné.
Felix Blödorn, Julian Brunner, Alessandra Bellissimo, Florian Simperl, Wolfgang WernerHrají: Felix Blödorn, Julian Brunner, Alessandra Bellissimo, Florian Simperl, Wolfgang Werner.
Není to divoká kaskáda, ale série kolizí
Množství energie, kterou rychlý elektron ztratil na své cestě materiálem, poskytuje informaci o tom, jak hluboko materiálem pronikl. To zase poskytuje informaci o hloubce, ve které byly, pomalejší elektrony, ze svého místa uvolněny. Z těchto údajů nyní můžete vypočítat, do jaké míry a jakým způsobem uvolňují pomalé elektrony v materiálu svou energii. Numerické teorie mohou být konečně, pomocí dat, poprvé spolehlivě ověřeny.
Došlo k překvapení. Dříve se předpokládalo, že uvolňování elektronů v materiálu, probíhá kaskádovitě. Rychlý elektron vstoupí do materiálu. Narazí do jiného elektronu. A ten, je ze svého původního místa, vyražený ven. Takže dva elektrony nyní letět dál. Tyto dva elektrony by nyní vytlačily další dva elektrony ze svého místa a tak dále. Nová data ukazují, že to není pravda. Namísto toho rychlý elektron podstoupí řadu srážek. Ale vždy si zachová velkou část své energie a při každé z těchto interakcí se ze svého místa uvolní pouze jediný, poměrně pomalý elektron.
„Naše nová metoda nabízí příležitosti ve velmi odlišných oblastech,“ říká Wolfgang Werner. „Nyní můžeme konečně prozkoumat, jak elektrony uvolňují energii při jejich interakci s materiálem.“ Právě tato energie rozhoduje například v terapii rakoviny o tom, zda lze zničit nádorové buňky. Nebo v elektronové litografii o tom, zda je možné vytvořit správně nejjemnější detaily polovodičové struktury.“
Foto: Ilustrační / OpenverseNový prototyp by mohl potenciálně zvýšit kvalitu MRI skenů nebo dokonce snížit náklady a rychlost. Foto: Getty
Nemocnice Hvidovre má jako první na světě prototyp senzoru schopného detekovat chyby při skenování magnetickou rezonancí pomocí laserového světla a plynu. Nový senzor, vyvinutý mladým výzkumníkem z Kodaňské univerzity a nemocnice Hvidovre, dokáže to, co je pro současné elektrické senzory nemožné.
MRI skenery používají lékaři a zdravotníci každý den, aby získali jedinečný pohled do lidského těla. Používají se zejména ke studiu mozku, životně důležitých orgánů a dalších měkkých tkání prostřednictvím 3D snímků výjimečné kvality ve srovnání s jinými typy lékařského zobrazování.
I když je tento pokročilý nástroj pro zdravotníky neocenitelný a téměř nepostradatelný, stále existuje prostor pro zlepšení. Silná magnetická pole uvnitř MRI skenerů mají výkyvy, které způsobují chyby a poruchy při skenování. V důsledku toho musí být tyto drahé stroje pravidelně kalibrovány.
Speciální skenovací metody
Existují i speciální skenovací metody, které dnes bohužel v praxi nelze provést. Mezi nimi tzv. spirální sekvence, které by mohly zkrátit dobu skenování, např. při diagnostice krevních sraženin, sklerózy a nádorů. Spirální sekvence by byly atraktivním nástrojem také ve výzkumu MRI, kde by mimo jiné mohly poskytnout výzkumníkům a zdravotníkům nové poznatky o onemocněních mozku. Ale kvůli vysoce nestabilnímu magnetickému poli není provádění těchto typů skenování v současné době možné.
Teoreticky lze problém vyřešit senzorem, který čte a mapuje změny magnetického pole. A opravit chyby pomocí počítače přímo v obrázcích. V praxi to bylo se současnou technologií obtížné, protože jinak vhodné senzory ruší magnetické pole, protože jsou elektrické a napojené na kovové kabely.
Vynálezce doufá, že se tento problém stane minulostí. Pro boj s tímto problémem vyvinul výzkumník z Institutu Nielse Bohra a Dánského výzkumného centra pro magnetickou rezonanci (DRCMR), senzor, který využívá laserové světlo ve vláknových kabelech a malé skleněné nádobě naplněné plynem. Prototyp je v provozu a funguje.
Foto: Univerzita v Kodani / Tiskový zdrojSenzor MRI nebo magnetometr využívá k měření magnetických polí laserové světlo a plyn.
„Nejprve jsme prokázali, že to bylo teoreticky možné, a nyní jsme dokázali, že to lze provést v praxi. Ve skutečnosti nyní máme prototyp, který v zásadě dokáže provést potřebná měření, aniž by narušil skener MRI.“ A jako vyladěné má potenciál zlevnit, zlepšit a zrychlit skenování magnetickou rezonancí, i když ne nutně všechny tři najednou,“ směje se Hans Stærkind, postdoktorand z Institutu Nielse Bohra a DRCMR v nemocnici Hvidovre.
„Skener MRI už dokáže produkovat neuvěřitelné snímky, pokud si člověk udělá čas. Ale s pomocí mého senzoru si lze představit použít stejné množství času k vytvoření ještě lepších snímků, nebo strávit méně času a přesto získat stejnou kvalitu jako dnes. Třetím scénářem by mohlo být vybudování levnějšího skeneru, který by i přes pár chyb mohl s pomocí mého senzoru stále poskytovat slušnou kvalitu obrazu,“ říká výzkumník.
Jak prototyp funguje
MRI skenery používají silné magnety k vytvoření silného magnetického pole, které nutí protony v tělesné vodě, sacharidech a bílkovinách, aby se srovnaly s magnetickým polem. Když pacientem pulsují rádiové vlny, stimulují jeho protony. Ty se dočasně vychylují z této rovnováhy. Když se pak vrátí do zarovnání s magnetickým polem, uvolní rádiové vlny, které lze použít k vytvoření 3D obrazů čehokoli, co je skenováno. A to v reálném čase.
Navzdory tomu, že skenery MRI existují již od roku 1977, zůstávají jednou z nejpokročilejších lékařských technologií. Ve skutečnosti je vše od kvantové mechaniky, supravodivých magnetů až po pokročilou matematiku a informatiku nezbytným předpokladem pro jejich fungování.
Fakta o skenerech MRI
Zařízení se skládají z obřího magnetu s tak velkou magnetickou silou, že se musí ochladit na -269 °C, jinak hrozí, že se stane kouřem, a to doslova. Mimo jiné se to děje pomocí kapalného helia a činí primární magnet stroje supravodivým.
To znamená, že elektřina, která pohání elektromagnetismus, nemá žádný odpor a neustále běží v uzavřeném okruhu bez dodávky elektřiny. Obrovské účty za elektřinu spojené s provozem MRI, jsou příčinou jejich ochlazování.
V rámci MRI skeneru existuje řada dalších elektromagnetů, které lze použít k ovládání magnetického pole, takže můžete nahlížet do konkrétních částí těla a dělat to z různých úhlů.
Velmi vysoká síla magnetických polí vyžaduje, aby přezky na opascích, mince a všechny ostatní kovové předměty byly bezpečně uložené mimo dosah stroje v jiné místnosti. Ve skutečnosti došlo k řadě nehod se skenery MRI kvůli jejich výjimečně silnému magnetismu. Například invalidní vozík. Kdyby byl ve stejné místnosti, mohl by ho magnet přitáhnout obrovskou rychlostí. A to bez ohledu na to, co mu stojí v cestě.
Snímky přesné na milimtr
Pomocí počítače lze magnetickou rezonancí (MRI) vytvořit na milimetr přesné 3D snímky pacientovy měkké tkáně z libovolného úhlu. Prototyp Hanse Stærkinda využívá zařízení pro vysílání a příjem laserového světla, které vypadá jako stereo systém z 90. let. Laserové světlo posílá přes optické kabely, tedy bez kovu, a do čtyř senzorů umístěných ve skeneru.
Uvnitř senzorů prochází světlo malou skleněnou nádobou obsahující cesium, které absorbuje světlo ve správných světelných frekvencích.
„Když má laser při průchodu plynem správnou frekvenci, dochází k rezonanci mezi vlnami světla a elektrony v atomech cesia. Ale frekvence, neboli vlnová délka. při které se to děje, se mění. K tomuto procesu dochází ve chvíli, když je plyn vystaven magnetickému poli. Tímto způsobem můžeme změřit sílu magnetického pole tím, že zjistíme, jaká je správná frekvence,“ vysvětluje výzkumník.
Jak dochází k poruchám v ultravýkonném magnetickém poli MRI skeneru, prototyp Hanse Stærkinda mapuje, kde v magnetickém poli k nim dochází a jakou silou se pole změnilo. V blízké budoucnosti by to mohlo znamenat, že vadné snímky budou následně opraveny a můžou se použít. A to díky dat shromážděných senzory. Následně zpřesněny a zcela použitelné.
Rezonance
V Tintinových dobrodružstvích operní diva Bianca Castafiore rozbije křišťálovou sklenici tím, že silou svého hlasu narazí na rezonanční frekvenci sklenice. Vše má určitou frekvenci, na které sklo vibruje, neboli osciluje.
Pokud jste někdy jako dítě uvedli do pohybu houpačku pumpováním tam a zpět, použili jste k tomu rezonanční frekvenci. Když něco rezonuje, jeho oscilace se zesílí.
Pokud pošlete světlo do plynu, projde přímo skrz, pokud nemá správnou frekvenci. Ale při určité frekvenci je světlo absorbované plynem. A to ve chvíli, kdy kmitá stejnou frekvencí, jako elektrony v atomech plynu.
Elektrony při pohlcování energie oscilují a světlo je potom znovu vyzařované do všech směrů. Způsobují to elektrony, jak padají zpátky na své místo. Když se na to podíváte, uvidíte, že paprsek ztmavne a plynová pára se rozsvítí. Rezonance tedy je, když zasáhnete vlastní frekvenci systému tak, že osciluje. Tato frekvence se nazývá rezonanční frekvence.
Inovace s komerčními vyhlídkami
„Původní nápad přišel od mého nadřízeného zde na DRCMR, Esbena Petersena, který už bohužel není mezi námi. Viděl obrovský potenciál ve vývoji senzoru založeného na laserech a plynu, který by byl schopen měřit magnetická pole, aniž by je rušil,“ dodal Hans Stærkind.
Prototyp je v současné době umístěný na DRCMR v nemocnici Hvidovre v Kodani, kde vznikl původní nápad.
Foto: Univerzita v Kodani / Tiskový zdrojPrototyp je funkční v nemocnici Hvidovre.
Jak to funguje
Ve skeneru MRI jsou rozmístěné čtyři senzory. Jeden zůstává mimo dosah magnetického pole a funguje jako kontrola. Laserové světlo uvnitř senzorů s určitými světelnými frekvencemi prochází malou skleněnou nádobkou s cesiovým plynem.
Frekvence laseru vytváří rezonanci v elektronech atomů cesia. To ztlumí světlo na míru, kterou lze detekovat. Pokud je plyn vystavený magnetickému poli, mění se spouštěcí frekvence v závislosti na síle magnetického pole. Kolísání magnetického pole skeneru tak může být registrované a data mohou následně odhalit chyby v MRI skenu.
S pomocí kvantových fyziků z Institutu Nielse Bohra, včetně profesora Eugena Polzika, Stærkind rozvinul myšlenku do skutečné teorie. A s prototypem nyní tuto teorii uvedl do praxe.
Prototyp v provozu
„Prototyp se již testuje v nemocničním prostředí. A zatím naše testy ukázaly, že funguje, jak má. Lze si představit, že tento vynález bude nakonec integrované přímo do nových MRI skenerů,“ říká Stærkind.
Prototyp bude dále vyvíjený, aby se jeho měření stala ještě přesnější. Podle Stærkinda jsou bezprostřední cílovou skupinou pro jeho senzor výzkumné jednotky MRI. Ale také doufá, že se o nové technologii dozví některý z velkých výrobců MRI, a to v poněkud delším časovém horizontu.
Následující výzkumníci přispěli k výzkumnému projektu s prototypem:
Z Institutu Nielse Bohra, Univerzita v Kodani: Hans Stærkind, Kasper Jensen, Jörg H. Müller a Eugene S. Polzik. Z Dánského výzkumného centra pro magnetickou rezonanci (DRCMR) v nemocnici Hvidovre: Vincent O. Boer a Esben T. Petersen
Foto: Univerzita v Kodani / Tiskový zdrojHans Stærkind je hlavní silou teorie i prototypu.
Senzor MRI bude pokračovat ve svém vývoji jako součást Kodaňského centra pro biomedicínské kvantové snímání. Prototyp je testován ve spolupráci s Dánským výzkumným centrem pro magnetickou rezonanci v nemocnici Hvidovre.
Superslitina GRX-8110 je nyní licencována čtyřem americkým společnostem. Tento 3D tisknutelný materiál zvyšuje odolnost dílů, odolává vysokým teplotám a podporuje udržitelnější letectví a vesmírný průzkum.
Investice NASA do průlomové superslitiny vyvinuté pro extrémní teploty a drsné podmínky vzdušných a kosmických letů je na prahu vyplácení komerčních dividend.
Agentura uděluje licenci na svůj vynález nazvaný „GRX-810“ čtyřem americkým společnostem, což je postup, který prospívá ekonomice Spojených států jako návratnost investice dolarů daňových poplatníků.
GRX-810 je 3D tisknutelný vysokoteplotní materiál, který povede k pevnějším a odolnějším dílům letadel a kosmických lodí, které vydrží větší tlak, než dosáhnou bodu zlomu a je jedním z příkladů mnoha nových technologií, které manažeři programu transferu technologií NASA přezkoumávají a podávají žádost o patentovou ochranu. Tým také spolupracuje s vynálezci, aby našel partnery se zájmem o komercializaci.
Nový přístup k vývoji materiálů
Inženýři NASA navrhli GRX-810 pro letecké aplikace, včetně vstřikovačů kapalných raketových motorů, spalovací komory, turbíny a součásti horké sekce schopné vydržet teploty přes 1093 stupňů Celsia. „GRX-810 představuje nový designový prostor a výrobní techniku slitiny, která byla před několika lety nemožná,“ řekl Dr. Tim Smith, materiálový výzkumník z NASA Glenn.
Smith spolu se svým kolegou z Glenna Christopherem Kantzosem vynalezl superslitinu pomocí časově úsporného počítačového modelování a procesu laserového 3D tisku, který spojuje kovy dohromady vrstvu po vrstvě. Drobné částice obsahující atomy kyslíku rozptýlené po celé slitině zvyšují její pevnost.
Ve srovnání s jinými slitinami na bázi niklu vydrží GRX-810 vyšší teploty a namáhání a vydrží až 2500krát déle. Je také téměř čtyřikrát lepší v ohybu před zlomením a dvakrát odolnější vůči poškození oxidací.
„Přijetí této slitiny povede k udržitelnějšímu letectví a vesmírnému průzkumu,“ řekl Dale Hopkins, zástupce projektového manažera projektu Transformational Tools and Technologies NASA. „Je to proto, že komponenty proudového motoru a rakety vyrobené z GRX-810 sníží provozní náklady tím, že vydrží déle a zlepší celkovou účinnost paliva.“
Výzkumné a vývojové týmy zahrnují týmy z Glenna, Ames Research Center NASA v kalifornském Silicon Valley, The Ohio State University a NASA Marshall Space Flight Center v Huntsville, Alabama, kde nejnovější testování zahrnovalo 3D tištěné části raketových motorů.
NASA vyvíjí mnoho technologií pro řešení problémů spojených s průzkumem vesmíru, pro lepší pochopení naší domovské planety a pro zlepšení letecké dopravy. Prostřednictvím patentových licencí a dalších mechanismů NASA vyčlenila více než 2000 technologií pro společnosti, aby se vyvinuly do produktů a řešení podporujících americkou ekonomiku.
Článek byl upraven z článku NASA s otevřeným přístupem.
Foto: Thor Balkhed / Tiskový zdrojNOVÁ ZINKO-LIGNINOVÁ BATERIE JE STABILNÍ, PROTOŽE JI LZE POUŽÍVAT PŘES 8000 CYKLŮ PŘI ZACHOVÁNÍ ASI 80 % JEJÍHO VÝKONU. BARRERA VYVINUTÁ VÝZKUMNÍKY JE MALÁ, ALE TECHNOLOGIE JE ŠKÁLOVATELNÁ.
Baterie byla vyvinuta výzkumníky z Linköpingovy univerzity ve Švédsku s vizí poskytnout levné a udržitelné bateriové řešení pro země, kde je omezený přístup k elektřině. Studie byla publikována v časopise Energy & Environmental Materials.
„Solární panely se staly relativně levnými a mnoho lidí v zemích s nízkými příjmy je přijalo. V blízkosti rovníku však slunce zapadá kolem 18:00 a domácnosti a podniky zůstávají bez elektřiny,“ říká Reverant Crispin, profesor organické elektroniky na Linköping University.
Jeho výzkumná skupina v Laboratoři organické elektroniky spolu s výzkumníky z Karlstadské univerzity a Chalmersu, vyvinula baterii na bázi zinku a ligninu, dvou cenově výhodných a ekologických materiálů. Pokud jde o hustotu energie, je srovnatelná s olověnými bateriemi, ale bez olova, které je toxické.
Baterie je navíc stabilní, protože ji lze používat přes 8000 cyklů při zachování přibližně 80 % jejího výkonu. Baterie si navíc udrží nabití přibližně jeden týden, což je výrazně déle než u jiných podobných baterií na bázi zinku, které se vybijí během několika hodin.
Ačkoli jsou baterie na bázi zinku již na trhu, především jako nenabíjecí baterie, předpokládá se, že budou doplňovat a v některých případech nahrazovat lithium-iontové baterie v dlouhodobém horizontu, pokud bude správně zavedena funkce dobíjení.
„Zatímco lithium-iontové baterie jsou užitečné, když se s nimi zachází správně, mohou být výbušné, náročné na recyklaci a problematické z hlediska ochrany životního prostředí a lidských práv, když se extrahují specifické prvky, jako je kobalt. Naše udržitelná baterie proto nabízí slibnou alternativu tam, kde hustota energie není kritická,“ říká Ziyauddin Khan, výzkumník z Laboratory of Organic Electronics v LiU.
Problém se zinkovými bateriemi je především špatná kvůli životnosti zinku, který reaguje s vodou v roztoku elektrolytu baterie. Tato reakce vede k tvorbě plynného vodíku a dendritickému růstu zinku, což činí baterii v podstatě nepoužitelnou.
Ke stabilizaci zinku se používá látka zvaná draselný polyakrylátový solný elektrolyt voda v polymeru (WiPSE). Vědci z Linköpingu nyní prokázali, že když se WiPSE použije v baterii obsahující zinek a lignin, stabilita je velmi vysoká.
„Zinek i lignin jsou super levné a baterie je snadno recyklovatelná. A pokud spočítáte náklady na cyklus využití, stane se z toho extrémně levná baterie ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi,“ říká Ziyauddin Khan.
V současné době jsou baterie vyvinuté v laboratoři malé. Vědci se však domnívají, že mohou vytvořit velké baterie, velikosti zhruba autobaterie, díky množství ligninu a zinku za nízkou cenu. Masová výroba by však vyžadovala zapojení firmy.
Foto: Thor Balkhed / Tiskový zdrojVýzkumníci Reverant Crispin a Ziyauddin Khan z Laboratoře organické elektroniky.
Reverant Crispin tvrdí, že postavení Švédska jako inovativní země mu umožňuje pomáhat jiným národům při přijímání udržitelnějších alternativ.
„Můžeme to považovat za svou povinnost pomoci zemím s nízkými příjmy, aby se nedopustily stejných chyb, jaké jsme udělali my. Když budují svou infrastrukturu, musí okamžitě začít se zelenými technologiemi. Pokud bude zavedena neudržitelná technologie, budou ji používat miliardy lidí, což povede ke klimatické katastrofě,“ říká Reverant Crispin.
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Energie a ekologické materiály, DOI10.1002/eem2.12752
Foto: S laskavým svolením Studia Ella Maru / Tiskový zdrojGamifikace: Nový design inspirovaný Tetrisem by mohl snížit náklady a zvýšit přesnost přesných detektorů záření používaných pro monitorování jaderných lokalit.
Podle tiskové zprávy Massachusettského technologického institutu, výzkumníci, inspirováni tvary z klasické videohry Tetris, navrhli jednoduchý detektor záření, který dokáže bezpečně a efektivně monitorovat radioaktivní zdroje.
Zařízení, které vytvořil Mingda Li a kolegové z Massachusettského technologického institutu, využívá ke zpracování dat algoritmus strojového učení, který mu umožňuje vytvářet přesné mapy zdrojů pomocí detektoru pouhých čtyř pixelů.
Šíření radioaktivních izotopů z jaderné elektrárny Fukušima, Daiichi v Japonsku, v roce 2011 a přetrvávající hrozba možného úniku radiace z jaderného komplexu Záporoží v ukrajinské válečné zóně podtrhly potřebu účinných a spolehlivých způsobů detekce a monitorování radioaktivních látek. Méně dramaticky, každodenní provoz jaderných reaktorů, těžba a zpracování uranu na palivové tyče a likvidace vyhořelého jaderného paliva také vyžadují monitorování úniku radioizotopů.
Nyní výzkumníci z MIT a Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) přišli s výpočetním základem pro navrhování velmi jednoduchých, efektivních verzí nastavení senzorů, které mohou přesně určit směr distribuovaného zdroje záření. Prokázali také, že pohybem tohoto senzoru, aby získali více hodnot, mohou určit fyzickou polohu zdroje. Inspirace pro jejich chytrou inovaci přišla z překvapivého zdroje: z populární počítačové hry „Tetris“.
Všude tam, kde existuje riziko úniku radioaktivních materiálů do životního prostředí, je důležité, aby vedoucí stavby co nejpřesněji zmapovali zdroje záření.
Přesnost radioaktivního měření a náklady
Na první pohled je zřejmé řešení, jak maximalizovat přesnost a zároveň udržet náklady na co nejnižší úrovni, vysvětluje Li. „Při detekci záření může být sklon přiblížit se ke zdroji, aby se zvýšila jasnost.“ To je však v rozporu se základními principy radiační ochrany.“
Lidem pověřeným monitorováním radiace tyto zásady radí, aby úrovně radiace, kterým se vystavují, byly udržovány na tak nízké úrovni, jak je rozumně dosažitelné.
Zjištění týmu, která by mohla být pravděpodobně zobecněna na detektory pro jiné druhy záření, jsou popsána v článku publikovaném vNature Communications profesory MIT Mingda Li a Benoitem Forgetem, vedoucím vědeckým pracovníkem Lin-Wen Hu a hlavním vědeckým pracovníkem Gordonem.
Záření se obvykle detekuje pomocí polovodičových materiálů, jako je telurid kadmia a zinku, které při zasažení vysokoenergetickým zářením, jako jsou paprsky gama, vytvářejí elektrickou odezvu. Ale protože záření tak snadno proniká hmotou, je obtížné určit směr, odkud signál přišel, jednoduchým počítáním. Geigerovy čítače například jednoduše poskytují zvuk kliknutí při příjmu záření, aniž by rozlišovaly energii nebo typ, takže hledání zdroje vyžaduje pohyb a pokus o nalezení maximálního zvuku, podobně jako fungují ruční detektory kovů. Tento proces vyžaduje, aby se uživatel přiblížil ke zdroji záření, což může zvýšit riziko.
K poskytování směrových informací ze stacionárního zařízení, aniž by se dostali příliš blízko, vědci používají pole mřížek detektorů spolu s další mřížkou zvanou maska, která do pole vtiskne vzor, který se liší v závislosti na směru zdroje. Algoritmus interpretuje různá časování a intenzity signálů přijatých každým samostatným detektorem nebo pixelem. To často vede ke složité konstrukci detektorů.
Použití pixelů
Typická pole detektorů pro snímání směru zdrojů záření jsou velká a drahá a obsahují alespoň 100 pixelů v poli 10 x 10. Skupina však zjistila, že použití pouhých čtyř pixelů uspořádaných do tetromino tvarů postav ve hře „Tetris“ se může přiblížit přesnosti velkých a drahých systémů. Klíčem je správná počítačová rekonstrukce úhlů příchodu paprsků na základě doby, kdy každý senzor detekuje signál, a relativní intenzity, kterou každý z nich detekuje, jak je rekonstruováno pomocí studie simulovaných systémů vedených umělou inteligencí.
Z různých konfigurací čtyř pixelů, které výzkumníci zkoušeli, čtvercový nebo ve tvaru S, J nebo T, opakovanými experimenty zjistili, že nejpřesnější výsledky poskytuje pole ve tvaru S. Toto pole poskytlo směrové údaje, které byly přesné s přesností asi na 1 stupeň, ale všechny tři nepravidelné tvary fungovaly lépe než čtverec. Tento přístup, říká Li, „byl doslova inspirován ‚Tetrisem‘.“
Fungování a izolace
Klíčem k tomu, aby systém fungoval, je umístění izolačního materiálu, jako je olověný plát mezi pixely, aby se zvýšil kontrast mezi naměřenými hodnotami záření přicházejícího do detektoru z různých směrů. Předstih mezi pixely v těchto zjednodušených polích slouží stejné funkci jako propracovanější masky stínů používané v systémech s větším polem. Méně symetrická uspořádání, zjistil tým, poskytují užitečnější informace z malého pole, vysvětluje Okabe, který je hlavním autorem práce.
„Výhoda použití malého detektoru spočívá v technických nákladech,“ říká. Nejen, že jsou jednotlivé prvky detektoru drahé, typicky vyrobené z kadmia-zinku-telluridu nebo CZT, ale všechna propojení přenášející informace z těchto pixelů se také stávají mnohem složitějšími. „Čím menší a jednodušší je detektor, tím je lepší z hlediska aplikací,“ dodává Li.
V polním testu laoratoře Berkeley se skutečným zdrojem cesiového záření, vedeném Vavrekem, kde výzkumníci z MIT neznali umístění zdroje, bylo provedeno testovací zařízení s vysokou přesností při hledání směru a vzdálenost ke zdroji.
„Radiační mapování je pro jaderný průmysl nanejvýš důležité, protože může pomoci rychle lokalizovat zdroje záření a udržet každého v bezpečí,“ říká spoluautor Forget, profesor jaderného inženýrství na MIT a vedoucí katedry jaderné vědy a inženýrství.
Vavrek, další spoluautor, říká, že zatímco se ve své studii zaměřili na zdroje gama záření, věří, že výpočetní nástroje, které vyvinuli k extrakci směrových informací z omezeného počtu pixelů, jsou „mnohem, mnohem obecnější“. Není omezen na určité vlnové délky, může být také použit pro neutrony nebo dokonce jiné formy světla, jako je ultrafialové světlo. Použití tohoto algoritmu založeného na strojovém učení a detekce radiace ze vzduchu „umožní monitorování v reálném čase a integrované nouzové plánování radiologických havárií,“ dodává Hu, vedoucí vědec z laboratoře jaderných reaktorů MIT.
Nick Mann, vědec z pobočky Defence Systems v Idaho National Laboratory, říká: „Tato práce je klíčová pro reakci USA při stále rostoucí hrozbě radiačního incidentu nebo nehody.“
*Mezi další členy výzkumného týmu patří Ryan Pavlovsky, Victor Negut, Brian Quiter a Joshua Cates z Lawrence Berkely National Laboratory a Jiankai Yu, Tongtong Liu, Stephanie Jegelka z MIT. Práce byla podpořena americkým ministerstvem energetiky.
Program Long Range Discrimination Radar (LRDR) společnosti Lockheed Martin je páteří vrstvené obranné strategie Agentury protiraketové obrany na ochranu vlasti USA před útokem balistických raket.
LRDR je radar dlouhého dosahu, který bude poskytovat přesné metrické údaje pro zlepšení diskriminace balistické obrany a nahradí stávající senzory v systému obrany proti balistickým střelám (BMDS). S posláním chránit vlast bude LRDR držet krok s vyvíjejícími se hrozbami balistických raket a zvýšit účinnost pozemních interceptorů.
Program je postaven na dlouhodobých investicích vlády USA do radaru S-Band, pozemního radaru a systémové integrace, jak je patrné u technologií Lockheed Martin, jako je bojový systém Aegis, vesmírný plot a Aegis Ashore. Tento radar na bázi nitridu galia (GaN) v pevné fázi využívá model Open GaN Foundry společnosti Lockheed Martin, který využívá vztahy se strategickými dodavateli GaN.
„LRDR je špičkový prostředek poskytující výhody nízkofrekvenčních i vysokofrekvenčních radarů pro inovativní přístup k vyhledávání, sledování a rozlišování cílů.“
LRDR kombinuje osvědčené polovodičové radarové technologie s osvědčenými algoritmy obrany proti balistickým střelám, vše založené na platformě otevřené architektury schopné splnit budoucí růst.
Ochrana vlasti
LRDR poskytuje schopnost současně vyhledávat a sledovat několik malých objektů, včetně všech tříd balistických střel, na velmi dlouhé vzdálenosti a za nepřetržitého provozu. Jeho rozlišovací schopnost umožní LRDR identifikovat smrtící předměty, jako jsou nepřátelské hlavice, a odlišit je od nesmrtících návnad. LRDR, spolu s dalšími prvky systému protiraketové obrany, zachová inventář interceptorů obrany vlasti tím, že zachová počet pozemních interceptorů potřebných pro boj proti hrozbám.
Vysoce adaptabilní LRDR pracuje ve frekvencích S-pásma a vyznačuje se škálovatelnou, otevřenou systémovou architekturou navrženou tak, aby byla škálovatelná a rozšířená tak, aby čelila vyvíjejícím se hrozbám beze změny designu hardwaru. Je integrován do systému protiraketové obrany prostřednictvím prvku velení a řízení, řízení bitvy a komunikace. Jako příklad architektury otevřených systémů LRDR přidává Lockheed Martin novou schopnost na podporu hypersonické obrany, která poskytne těm, kdo rozhodují, užitečné informace, aby mohli činit včasná rozhodnutí rychleji.
Kromě protiraketové obrany, radarový systém podporuje Space Domain Awareness monitorováním satelitů obíhajících kolem Země, detekcí, sledováním a identifikací aktivních nebo neaktivních satelitů, vyhořelých těl raket a trosek.
Foto: Luis Zelaya-Lainez, Vídeňská technická univerzita / Tiskový zdrojLARVA MOŘSKÉHO KROUŽKOVCE PLATYNEREIS DUMERILII, RASTROVACÍ ELEKTRONOVÝ MIKROFOTOGRAFIE (MĚŘÍTKO VELIKOSTI: 100 ΜM).
Nová interdisciplinární studie vedená molekulárním biologem Florianem Raiblem z laboratoří Maxe Perutze na Vídeňské univerzitě poskytuje vzrušující pohledy na štětiny mořského kroužkovitého červa Platynereis dumerilii. Tvorbu štětin řídí specializované buňky, tzv. chaetoblasty. Jejich způsob fungování je až překvapivě podobný jako u technické 3D tiskárny.
Podle Vídeňské univerzity, nabízí lepší pochopení tohoto procesu přirozené tvorby, potenciál pro technický rozvoj.
Chitin je primárním stavebním materiálem jak pro exoskeleton hmyzu, tak pro štětiny štětinových červů, jako je mořský kroužkovec Platynereis dumerilii. Štětinatci však mají poněkud měkčí chitin – tzv. beta chitin, který je zajímavý zejména pro biomedicínské aplikace. Štětiny umožňují červům pohybovat se ve vodě. Jak přesně se chitin formuje do odlišných štětin, zatím zůstává záhadou.
Nová studie nyní poskytuje vzrušující pohled na tuto speciální biogenezi. Florian Raible vysvětluje: „Proces začíná špičkou štětiny, následuje střední část a nakonec základna štětin. Hotové části jsou vytlačovány dále a dále z těla ven. V tomto vývojovém procesu jsou důležité funkční jednotky, které jsou vytvářeny jeden po druhém, kus po kusu, což je podobné 3D tisku.“
Lepší pochopení procesů, jako jsou tyto, má také potenciál pro vývoj budoucích lékařských produktů nebo pro výrobu přirozeně rozložitelných materiálů. Beta-chitin z dorzální schránky olihně se v současnosti používá jako surovina pro výrobu zvláště dobře snášených obvazů na rány. „Možná v budoucnu bude možné použít k výrobě tohoto materiálu také buňky annelid,“ říká Raible.
Foto: Ilya Belevich, Univerzita v Helsinkách / Tiskový zdrojRůzné segmenty štětin mořského kroužkovce Platynereis dumerilii. 3D rekonstrukce z více než 1000 elektronových mikrofotografií. Čepel (vlevo), čepel s kloubem (uprostřed), hřídel (vpravo).
Přesné biologické pozadí: takzvané chaetoblasty hrají v tomto procesu ústřední roli. Chaetoblasty jsou specializované buňky s dlouhými povrchovými strukturami, tzv. mikroklky. Tyto mikroklky obsahují specifický enzym, o kterém by výzkumy mohly prokázat, že je zodpovědný za tvorbu chitinu, materiálu, ze kterého jsou nakonec vyrobeny štětiny. Výsledky vědců ukazují dynamický buněčný povrch charakterizovaný geometricky uspořádanými mikroklky.
Jednotlivé mikroklky mají podobnou funkci jako trysky 3D tiskárny. Florian Raible vysvětluje: „Naše analýza naznačuje, že chitin je produkován jednotlivými mikroklky buňky chaetoblastu. Přesná změna počtu a tvaru těchto mikroklků v průběhu času je proto klíčem k tvarování geometrických struktur jednotlivých štětin, např. jako jednotlivé zuby na špičce štětin, které jsou přesné až do submikrometrového rozsahu.“ Štětiny se obvykle vyvinou během pouhých dvou dnů a mohou mít různé tvary; v závislosti na stádiu vývoje červa jsou kratší nebo delší, špičatější nebo plošší.
Foto: Claudia Amort, Studio Amort / Tiskový zdrojSrovnání mezi „biologickým“ (vlevo) a „technologickým“ 3D tiskem (vpravo).
Vedle lokální spolupráce s Vídeňskou technickou univerzitou a zobrazovacími specialisty z brněnské univerzity se pro výzkumníky z Vídeňské univerzity ukázala jako velký přínos spolupráce s laboratoří Jokitalo na Helsinské univerzitě. S využitím svých odborných znalostí v sériové blokové rastrovací elektronové mikroskopii (SBF-SEM) výzkumníci zkoumali uspořádání mikroklků v procesu tvorby štětin a navrhli 3D model pro syntézu tvorby štětin. První autor Kyojiro Ikeda z Vídeňské univerzity vysvětluje: „Standardní elektronová tomografie je velmi pracná, protože řezání vzorků a jejich zkoumání v elektronovém mikroskopu se musí provádět ručně. S tímto přístupem však můžeme spolehlivě automatizovat analýza tisíců vrstev.“
První autor Kyojiro Ikeda a vedoucí studie Florian Raible (zleva doprava).
Skupina Raible v současné době pracuje na zlepšení rozlišení pozorování, aby bylo možné odhalit ještě více podrobností o biogenezi štětin.
Lockheed Martin uzavřel partnerství s výrobními závody v Polsku za účelem zvýšení technických schopností a poskytnutí výrobního know-how komponentů souvisejících s Patriot Advanced Capability (Pokročilé schopnosti systému Patriot) – 3 (PAC-3) Missile Segment Enhancement (MSE) a na podporu polské protivzdušné a protiraketové obrany v rámci projektu WISLA.
WZE dokončila výrobu ELES/J-Box a projekt MCU
Wojskowe Zakłady Elektroniczne SA(WZE) dokončila výrobu pro výrobní programy Enhanced Launcher Electronics System (ELES) a Junction-box (J-box). Systémy ELES a J-Box jsou klíčové pro odpalovací a pozemní zařízení PAC-3 MSE.
WZE zavedla výrobní linky schopné finální montáže pro programy ELES a J-Box. ELES poskytuje energii a signály střelám na odpalovacím zařízení PAC-3. J-Box poskytuje napájení a distribuci signálu na odpalovacím zařízení. Lockheed Martin má v úmyslu poskytnout WZE příležitost soutěžit o zakázky na výrobu ELES a J-Box pro odpalovací zařízení PAC-3 MSE dodané do Polska. Projekt MCU se zaměřil na návrh jednotky elektrického spínače v rámci MCU. WZE nyní oficiálně dokončila čtyři ze svých sedmi offsetových projektů v rámci WISLA Phase 1.
WZL-2 získává schválení dvou zásadních projektů podporujících F-16
WZL-2 oficiálně dokončil dva projekty podporující letouny F-16. Projekt elektrické údržby F-16 a projekt elektrické hydrauliky F-16 přenesly technologie a know-how, poskytly vybavení a nástroje, dokumentaci a technickou pomoc na pomoc WZL-2 při provádění údržby tří generátorů F-16 a dvou hydraulických F-16. komponenty. WZL-2 nyní dokončila všechny tři své projekty v rámci WISLA fáze 1.
WZE také dokončila projekt Motor Controller Unit (MCU), který umožňuje WZE navrhovat, stavět a testovat karty elektronických obvodů, které se nacházejí ve vysoce výkonných aplikacích, řízení motorů a digitálním hardwaru.
Střely PAC-3
Střela PAC-3 MSE společnosti je základním prvkem budoucí protiraketové obrany Polska a její přesná munice a výcvikové systémy poskytují polským ozbrojeným silám životně důležité schopnosti.
Wojskowe Zaklady Elektroniczne (WZE) a Wojakowe Zaklady Lotnicze Nr. 2 (WZL-2), dokončili životně důležité offsetové projekty na podporu programu WISLA. Projekty offsetů umožňují polským společnostem zapojit se do dodavatelského řetězce PAC-3.
Americká armáda zadala společnosti Lockheed Martin požadavek na výrobu dalších systémů M270, aby rozšířili domácí flotilu odpalovacích zařízení a poskytla upgrady pro globální partnery.
MLRS je těžké pásové mobilní odpalovací zařízení, přepravitelné pomocí letadel C-17 a C-5, které odpaluje naváděné rakety MLRS a rakety armádního taktického raketového systému. MLRS bude také moci odpalovat rakety Precision Strike Missile a Extended-Range GMLRS, obě jsou v současné době ve vývoji.
„Úsilí přidá další schopnosti k bojově prověřenému odpalovacímu zařízení a zajistí, že odpalovací zařízení řady M270 zůstane vysoce efektivní, spolehlivé a interoperabilní se silami NATO v nadcházejících desetiletích,“ řekl Jay Price, viceprezident Precision Fires společnosti Lockheed Martin.
„Modernizace přinese globálním partnerům další možnosti přesného odpalování.“
Modernizace zahrnuje kompletní přepracování a upgrady systémů se zbrusu novými motory, vylepšenými pancéřovanými kabinami a novým společným systémem řízení palby (CFCS), který zajistí kompatibilitu se současnou a budoucí řadou munic MLRS (MFOM). Nová generace GMLRS Extended-Range a Precision Strike Missile (PrSM) společnosti Lockheed Martin může být odpálena pouze odpalovacími zařízeními M270A2 a HIMARS.
Foto: Lockheed martin / Tiskový zdrojArtist Notional Rendering of NGI in flight. Photo credit: Lockheed Martin.
Lockheed Martin, jako hlavní dodavatel NGI společnosti MDA, poskytne nejmodernější, nejspolehlivější a technicky nejpokročilejší interceptor v historii systému GMD (Ground-based Midcourse Defense). Záchytné vozidlo s vícenásobným nabíjením je navrženo tak, aby chránilo USA před hrozbami balistických střel dlouhého doletu ze strany útočících národů.
Sestřelit raketu raketou byl kdysi koncept, o kterém se ve sci-fi románech jen snilo. Udělali jsme z toho vědecký fakt. (Společnost Lockheed Martin)
Co je tedy potřeba k tomu, abyste zaznamenali odpálení nepřátelské střely, identifikovali její zamýšlený cíl, vypočítali její přesnou trajektorii, vypustili stíhačku a navedli ji, aby zničila hrozbu ve vzduchu? Vše během několika sekund? Není to snadné – ale ve společnosti Lockheed Martin pomáháme zákazníkům řešit ty nejsložitější výzvy světa.
Zde je návod, jak…
Ochrana toho, na čem nejvíce záleží
Lockheed Martin se i nadále soustředí na poskytování řešení MDA, které je schopné, vyspělé, spolehlivé a cenově dostupné. Program pokračuje ve své cestě ke Critical Design Review, integraci s širším zbraňovým systémem a letovým zkouškám. Program NGI zahrnuje digitální nástroje, procesy a technologie, které umožňují plnit výrobní potřeby dneška i obrany v budoucnu.
Partnerství pro budoucnost protiraketové obrany
Lockheed Martin má rozsáhlé znalosti o protiraketové obraně typu end-to-end. Pro NGI společnost využívá investice do technologie bojových vozidel, bojem ověřené zkušenosti se zachycením exo-atmosférických hrozeb a téměř sedm desetiletí poskytuje zemi strategické raketové systémy. Společnost byla průkopníkem technologií odposlechu hit-to-kill, na které se naši zákazníci dnes spoléhají. Nová a moderní zařízení Lockheed Martin, postavená pro misi protiraketové obrany USA, nedávno otevřená v Huntsville v Alabamě a ve výstavbě v Courtland v Alabamě, představují firemní oddanost NGI.
*O společnosti Lockheed Martin: Lockheed Martin je globální společnost zabývající se obrannými technologiemi, která řídí inovace a posouvá vědecké objevy. Naše celodoménová řešení misí a vize 21st Century Security® urychlují dodávání transformačních technologií, aby zajistili, že ti, kterým slouží, budou vždy připraveni.
Vyjádřené názory jsou názory Lockheed Martin a nepředstavují podporu Agentury protiraketové obrany (MDA).
Díky novým sofistikovaným technikám a nejmodernějším zařízením vstoupila astronomie do nové éry, ve které lze konečně proniknout do hloubky oblohy. Složky našeho kosmického domova, Galaxii Mléčné dráhy, hvězdy, plyn, magnetická pole, lze konečně zmapovat ve 3D.
Prostor mezi hvězdami je špinavý. Je naplněn drobnými prachovými zrnky, z nichž většina má podobnou velikost jako kouř z cigarety. Zrna nejsou kulovitá a v důsledku toho má jejich dlouhá osa tendenci se vyrovnávat s místními galaktickými magnetickými poli. Tato prachová zrna také vyzařují polarizovanou energii ve stejných frekvencích jako kosmické mikrovlnné pozadí – „popel“ Velkého třesku, čímž kontaminují náš pohled na nejranější okamžiky života vesmíru.
Absorbují také část světla hvězd, které jimi prochází, podobně jako polaroidový filtr, čímž vtiskují informaci o magnetických polích, ve kterých žijí, na polarizaci vznikajícího světla. Polarizace je vlastnost světelných paprsků, která udává charakteristický směr, který mají, vždy kolmý na směr, kterým se světlo šíří prostorem. Magnetická pole jsou nesmírně důležitá pro evoluci naší Galaxie, regulují tvorbu nových hvězd, formují galaktické struktury a mění proudy plynu na kosmické urychlovače silnější než CERN.
Polarizace hvězdného světla je pak klíčem. Obsahuje informace o nejdůležitějších magnetických polích Galaxie a je to „prachová tkanina“, která nám může pomoci vyčistit náš pohled na raný vesmír. Jen kdybychom mohli dostatečně pozorovat a prostudovat ji do hloubky, abychom získali všechny informace, které nese.
Foto: Ústav Astrofyziky FORTH / Tiskový zdrojReliéfní vzor ukazuje strukturu magnetického pole a barva ukazuje množství prachu v jednom z mezihvězdných mračen Galaxie mapovaných ve 3 rozměrech. Bílé segmenty zobrazují hvězdy, které byly pozorovány, aby umožnily toto mapování.
*To je přesně rozsah průzkumu PASIPHAE, mezinárodní spolupráce mezi Astrofyzikální ústav FORTH (IA-FORTH) a Univerzita na Krétě v Řecku, IUCAA v Indii, Jihoafrická astronomická observatoř, Kalifornský technický institut ve Spojených státech amerických a Univerzita v Oslu v Norsku. PASIPHAE má za cíl změřit polarizaci milionů hvězd na velkých částech oblohy. A nyní můžeme poprvé nahlédnout do schopností tohoto ambiciózního úsilí.
Tým výzkumníků vedený Dr. Vincentem Pelgrimsem (minulým postdoktorandem PASIPHAE na IA-FORTH a nyní stipendistou Meziuniverzitnho institutu Marie Curie pro vysoké energie na ULB v Belgii) prokázal sílu dat a rekonstrukce PASIPHAE. Vědci změřili polarizaci více než 1500 hvězd na části oblohy téměř 15krát větší než je plocha Měsíce v úplňku, zkombinovali je se vzdálenostmi naměřenými pro každou hvězdu satelitem ESA Gaia a sofistikovaným algoritmem, který vyvinuli a zmapovali pomocí bezprecedentní rozlišení magnetických polí v tomto směru oblohy.
Foto: Ústav Astrofyziky FORTH / Tiskový zdrojProzkoumaná oblast na obloze. Vlevo: Celooblohová mapa polarizované záře vyzařované prachem, emise v nízkém rozlišení z družice Planck ESA. Tato emise je prachový závoj zakrývající náš pohled na raný vesmír. Uprostřed: Přiblížení mapy směrem k zkoumaným oblastem. Vpravo: Detailní pohled na zkoumanou oblast. Každý černý segment odpovídá naměřené polarizaci jedné hvězdy. Směr segmentů mapuje odpovídající směr magnetického pole v oblasti.
„Je to poprvé, co byl tak velký objem galaktického magnetického pole rekonstruován ve třech rozměrech s tak jemným rozlišením,“ říká nadšeně Dr. Pelgrims. „Našli jsme několik mračen prachu v této oblasti Galaxie a byli jsme schopni poprvé určit jejich vzdálenosti až tisíce světelných let, stejně jako jejich polarimetrické vlastnosti, což odhaluje magnetické pole, které těmito mraky prostupuje.“
Tým uvolňuje tuto první tomografickou mapu s vysokým rozlišením galaktického magnetického pole nad podstatnou oblastí oblohy, kterou dnes prezentuje v časopise Astronomy & Astrophysics.
„To představuje velký úspěch směrem k trojrozměrnému mapování Mléčné dráhy a jejího magnetického pole,“ říká prof. Vasiliki Pavlidou z Krétské univerzity a přidružené fakulty IA-FORTH a spoluautor publikace. „Struktura galaktického magnetického pole není v současné době dobře omezena. To brzdí pokrok v několika oblastech výzkumu, jako je studium kosmického záření s ultravysokou energií. Potenciál takového 3D mapování vést k průlomům ve všech oblastech spojených s Galaktické magnetické pole je významné,“ dodává prof. Pavlidou.
„V našem článku jsme pouze poškrábali povrch možností, které leží před námi,“ dodává Prof. Konstantinos Tassis, rovněž z Krétské univerzity a přidružené fakulty IA-FORTH, spoluautor publikace a hlavní řešitel projektu PASIPHAE. „Představte si takovou mapu, ale pro většinu částí oblohy! Tento 3D atlas magnetického pole Galaxie se během několika příštích let stane realitou s pomocí specializovaných přístrojů WALOPs, které začnou mapovat polarizaci hvězd v letos nebe.“
Video zobrazující získanou 3D mapu galaktického magnetického pole:
PASIPHAE je mezinárodní projekt podporovaný Evropskou radou pro výzkum Evropské unie, Nadací Stavrose Niarchose (SNF), Nadací Infosys, Národní vědeckou nadací ve Spojených státech a Národní výzkumnou nadací v Jižní Africe.
Většina lidí s raným stádiem glaukomu neví, že ho mají, i když včasná léčba je klíčem ke snížení ztráty zraku. Zatímco detekce jemného zvýšení očního tlaku pomáhá lékařům diagnostikovat glaukom, je náročné a vyžaduje neustálé sledování, zvláště při různých teplotách, které oči zažívají. Nyní vědci prostřednictvím ACS Applied Materials & Interfaces, zveřejněném na Eureka Alert, ukázali prototyp „chytré“ kontaktní čočky, která přesně měří oční tlak bez ohledu na teplotu.
Glaukom, skupina onemocnění, která poškozuje zrakový nerv a vede ke ztrátě zraku. Lékaři při očním vyšetření používají k jednorázovému měření očního tlaku „testy nafouknutí vzduchu“ vyvolávající ucuknutí. Mírné zvýšení tlaku, jinak nepostřehnutelný příznak způsobený nahromaděním tekutiny kolem rohovky, může vést k diagnóze glaukomu.
Vědci testovali způsoby, jak nepřetržitě a pohodlněji detekovat tyto drobné výkyvy tlaku, jako jsou kontaktní čočky, které přenášejí signály do receptorových brýlí. Měnící se teploty, jako například vyjít ven do chladného počasí, však mohou ovlivnit měření čoček. Dengbao Xiao a spolupracovníci tedy chtěli vyvinout kontaktní čočku, která přesně měří a bezdrátově přenáší signály o očním tlaku v reálném čase v širokém rozsahu teplot.
Zaprvé, Xiao a tým navrhli dva miniaturní spirálové okruhy, každý s jedinečným přirozeným vibračním vzorem, který by se měnil při natažení o nepatrné množství, například při změnách tlaku a průměru oka. K vytvoření kontaktních čoček detekujících tlak vědci vložili tyto drobné obvody mezi vrstvy polydimethylsiloxanu, typického materiálu pro kontaktní čočky. Poté bezdrátově přečetli vibrační vzorce vestavěných obvodů tak, že přidrželi cívku blízko čočky, která byla připojena k počítači. Vysílané signály nebyly ovlivněny testy, jejichž cílem bylo napodobit pohyb očí, delší vystavení vlhkosti (pro simulaci vlhkých podmínek v oku) a každodenní opotřebení.
Foto: Převzato z ACS Applied Materials & Interfaces 2024, DOI: 10.1021/acsami.4c02289 / Tiskový zdrojTato „chytrá“ kontaktní čočka by mohla jednoho dne pomoci měřit oční tlak a vysílat bezdrátové signály, které by umožnily včasnou detekci glaukomu.
V laboratorních testech vědci umístili nové čočky na tři jednotlivé vzorky prasečího oka, přičemž kontrolovali oční tlaky a teploty. Kontaktní čočky monitorovaly a bezdrátově přenášely údaje o tlaku od 10 do 50°C. Když byly tlaky počítány ze signálu pouze jednoho okruhu v čočce, výsledky se odchylovaly až o 87 % od skutečných hodnot. Při použití informací z obou okruhů se však hodnoty tlaku lišily pouze o 7 % od skutečné hodnoty, protože kombinace odstranila chyby související s teplotou. Vědci tvrdí, že jejich dvouokruhový „chytrý“ design čoček má potenciál být použit pro přesnou včasnou detekci a monitorování glaukomu, a to i v širokém rozsahu teplot.
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikovaná v ACS pod názvem „Teplotní samokompenzační inteligentní bezdrátová kontaktní čočka pro kvantitativní monitorování nitroočního tlaku“
Foto: Lockheed Martin / Garry Tice / Tiskový zdroj
Systém externího vidění pro nadzvukové testovací letadlo zvyšuje standard kvality videa z letecké kamery. Překročení rychlosti zvuku je hlučné. Sonický třesk je tak hlasitý, že nadzvukový let nad pevninou je zakázán.
Experimentální letadlo X-59 Quiet SuperSonic Technology společnosti NASA je navrženo tak, aby zmírnilo tento boom na pouhé bouchnutí. Ale vyžadovalo to aerodynamické tělo, které eliminovalo čelní sklo letadla.
Technologie vyvinutá s cílem poskytnout pilotovi X-59 výhled dopředu téměř kopíruje ostrost lidského zraku. Systém je vytvořen pro jiná, rychle se pohybující letadla a kosmické lodě.
WOLF Advanced Technology v Clevelandu, byla jednou ze společností, se kterými se NASA spojila při budování systému eXternal Vision System (XVS). Projekt si vyžádal novou technologii zpracování videa, kterou nyní společnost přidala do své produktové řady. Tento hardware FGX2 je součástí mnoha produktů WOLF, řekl Greg Maynard, technologický ředitel.
Společnost již dodala letový hardware pro záznam videa a zobrazení leteckého videa. Ale neexistoval žádný letově certifikovaný systém, který by měl vysoké rozlišení nezbytné k nahrazení skutečného čelního skla. A tak NASA vyvinula hybridní systém, který využil odborných znalostí WOLF.
XVS obsahuje kameru s ultravysokým rozlišením (UHD), která zahrnuje komerční, běžně dostupný hardware. Ten je umístěný na horní straně X-plane a standardní letově certifikovaný kamerový systém na spodní straně. Horní kamera poskytuje vizuální kvalitu blížící se lidskému zraku, přičemž standardní kamera pod ní funguje jako pojistka proti selhání. Společnost však potřebovala novou technologii pro zpracování obou datových toků současně.
Náročné podmínky
„U X-59 jsme museli splnit určité specifické požadavky na výkon, prostor a tepelnou zátěž. Dále jsme museli přežít ve výšce 20 kilometrů. Při teplotách 54ºC a minus 0ºC,“ řekl Steve Williams, vedoucí softwaru XVS z výzkumného centra v Langley NASA. Centrum v Hamptonu ve Virginii. „Bylo to něco, co v certifikovaném letovém hardwaru a softwaru nikdy předtím nebylo.“
V těchto drsných podmínkách musí grafické karty nepřetržitě spojovat různé video kanály do zobrazení videa v téměř reálném čase v kokpitu.
Pouhá prezentace obrazu z kamery by nestačila, řekl Williams. Lidské oko je citlivější než jakákoli kamera, takže systém vidění, který jej nahradil, vyžadoval „hodně zpracování obrazu“. To muselo proběhnout dostatečně rychle, aby se jevil jako souvislý obraz, „stejně jako byste se dívali z okna“, řekl.
Nový hardware a software WOLF vytvořený pro XVS splňuje náročné požadavky na zpracování obrazu a zobrazení, řekl Maynard. Nadzvukové komerční lety nebudou možné, dokud nová pravidla pro letectví nezruší pozemní zákaz. Ale komerční vesmírné společnosti nyní mohou využívat technologie WOLF ve svých vozidlech, aby uspokojily rostoucí poptávku po rozlišení UHD. Maynard připisuje NASA náskok před průmyslem a dává společnosti šanci vyvinout technologii brzy.
Hardware, testovaný NASA, nyní podporuje další kamerové systémy v letadlech a kosmických lodích, které zažívají kruté teploty a nadmořské výšky. Vysoká rychlost přenosu dat a záznam videa s vysokou hustotou z více kamer lze použít pro aplikace strojového vidění.
Foto: Orbis Brakes Inc. / NASA / Tiskový zdrojSoučasná technologie brzdového systému chladí kotoučové brzdy vzduchem nasávaným z vnitřku karoserie vozidla, aby se zabránilo přehřátí. Kanály vyříznuté do vnější části kotoučových brzd vyvinutých společností Orbis Brakes nasávají vnější vzduch, který je chladnější, a zajišťují tak účinnější fungování brzd.
Stejně jako NASA potřebuje snížit hmotnost kosmické lodi, aby mohla uniknout zemské gravitaci, výrobci automobilů pracují na snížení hmotnosti, aby zlepšili výkon vozidla. V případě brzdových kotoučů je lehčí váha lepší pro zrychlení automobilu, spolehlivé zastavení a dokonce i spotřebu plynu.
Společnost Orbis Brakes Inc. licencovala technologii patentovanou NASA, aby toho dosáhla a ještě mnohem více. Tato revoluční konstrukce brzdových kotoučů je minimálně o 42 % lehčí než běžné litinové rotory, s výkonem srovnatelným s mnohem dražšími karbon-keramickými brzdami.
Během odstávky pandemie Jonathan Lee, inženýr konstrukčních materiálů v Marshallově vesmírném leteckém centru NASA v Huntsville v Alabamě, začal přemýšlet o kotoučových brzdách. Jeho dovednosti mechanického konstruktéra podpořené školením v oblasti materiálových věd se obvykle soustředí na jeho dvojí role inženýra konstrukčních materiálů pro Space Launch System a vědce pro mikrogravitační materiály určené pro vesmírnou stanici.
Se zájmem o podporu dalšího poslání NASA vyvinout technologii ke zlepšení života na Zemi, hledal inovativní způsob, jak navrhnout lepší automobilovou kotoučovou brzdu.
„Ochota NASA pomáhat společnostem, aby byly úspěšnější, s využitím všech jejich odborných znalostí, které se rozšiřují, je opravdu úžasná,“ řekl Chance Claxton, co-CEO společnosti Orbis Brakes se sídlem v Santa Rosa v Kalifornii.
Periodická vlna
Foto: Northrop Grumman Corp / Tiskový zdrojMateriály používané ve vesmíru musí přežít extrémní teploty, jak ukázal tento statický test pomocného motoru pro Space Launch System. Zkušenosti NASA s materiály pomohly Orbis Brakes vytvořit nový, lehčí a cenově dostupný systém kotoučových brzd pro osobní a nákladní automobily.
Snížení hmotnosti kol znamená, že vozidlo spotřebuje méně energie na brzdění a akceleraci. Konvenční brzdové kotouče jsou těžké, protože se skládají ze dvou kovových desek chlazených vzduchem, který mezi nimi cirkuluje. Konstrukce je neefektivní, protože jsou to vnější plochy, které se ohřívají třením o brzdové destičky, ale chlazení vzduchem probíhá na vnitřních plochách, kde jsou destičky proti sobě.
Lee chtěl místo toho přímo chladit horké povrchy, což umožnilo odstranit jeden z těžkých kotoučů z každého ze čtyř rotorů vozidla. Ukázalo se, že jeho design má i další výhody.
Díky exkluzivním patentovým licencím na radikálně nový design kotoučových brzd začleňuje společnost Orbis Brakes Inc. ze Santa Rosy v Kalifornii odborné znalosti o konstrukčních materiálech Marshall Space Flight Center do účinnějšího, ekologičtějšího brzdového systému pro osobní a nákladní automobily.
Foto: Orbis Brakes Inc. / NASA / Ziskový zdrojMezi první uživatele kotoučových brzd Orbis Brakes NextWave pro vysoce výkonná auta patří osobní vozidla řidičů závodních vozů, kteří společnosti poskytují zpětnou vazbu o výkonu. Vstup bude informovat o návrhu budoucích brzd pro elektromobily, vozidla se spalovacím motorem a každodenní řidiče.
Začal s jediným kotoučem s řadou malých ploutví kolem centrálního náboje. Jak se otáčejí, nasávají vzduch a tlačí ho přes povrch kotouče, kde se brzdové destičky dotýkají, ochlazují rotor, stejně jako brzdové destičky a třmeny. Poté přidal několik dlouhých prohlubní kolem brzdných ploch, vycházejících ze středu, aby vytvořil pravidelný, periodický vzor, který dává nové technologii Orbis její značku PeriodicWave.
Otáčející se žebra a odstředivá síla kola tlačí vzduch do prohlubní, což způsobuje turbulentní proudění vzduchu, které odvádí teplo. „Když vzduch vyletí ven, jde přes brzdový třmen a ochlazuje ho. ˇŽádný konvenční rotor není schopen udělat něco takového šíleného. Je to obrovské,“ řekl Lee.
Tyto rýhy v brzdných plochách také zvětšují dostupnou plochu pro chlazení vzduchem o více než 30 % a dále snižují hmotnost kotouče. A zvyšují tření stejným způsobem, jako když rýhování betonu činí kroky při chůzi bezpečnější, brzdové destičky jsou méně náchylné k prokluzování, díky čemuž je brzdění spolehlivější.
Žlaby odvádějí více než jen teplo. Voda a nečistoty ze silnice, které se dostaly mezi podložku a rotor, jsou stejně problematické, takže příkopy poskytují místo pro vzduchový vír, aby vytlačil jakoukoli látku z cesty. Malý otvor obrobený na konci každého z nich vytváří otvor, kterým může unikat nežádoucí materiál. „A také to vypadá skvěle,“ řekl Lee.
Druhá periodická vlna je řezána podél vnějšího okraje disku. Nahrazením konvenčního kruhového designu zvlněným vzorem má nový rotor ještě větší plochu, která přijde do kontaktu s proudícím chladným vzduchem. K tomuto dodatečnému odvodu tepla dojde bez ohledu na to, který vzor periodických vln je použit, což umožňuje vytvářet funky designy a dodat osobitost tomu, co je obvykle nudným autodílem.
Nakonec tenká vrstva černého povlaku nanesená na povrchy, které nepřicházejí do kontaktu s brzdovými destičkami, jako je vnitřek žlabů, může pomoci rotoru vyzařovat další teplo. Tento jedinečný třídílný chladicí systém, konvekce poháněná prouděním vzduchu, vedení tepla přes kovový rotor a záření z tmavých povrchů, nebyl nikdy dříve efektivně implementován na žádný konvenční rotor kotoučových brzd, řekl Lee.
Ekologické brzdy
Na rozdíl od konvenčních brzd, které se mohou přehřát a potenciálně selhat, může tato nová konstrukce brzd výrazně zlepšit spolehlivost. Může také nabídnout mechanické řešení závažné látky znečišťující životní prostředí, toxické nanočástice.
„Když brzdové destičky překročí určitou kritickou teplotu, v závislosti na jejich materiálu, mohou emitovat 10 000násobný nárůst toxických nanočástic,“ řekl Marcus Hays, spoluředitel Orbis Brakes. Protože se toxický prach vznáší přímo ve výšce ulice, dopad na lidské zdraví je podle studie Oxfordské univerzity škodlivější než výfukové emise. Společnost tedy v současné době testuje svůj design brzd EcoWave, aby se ujistila, že podle Hayse nebude vytvářet tento druh emisí.
Mezitím Orbis nabízí rotor NextWave jako poprodejní kotoučovou brzdu pro vysoce výkonná auta, jako je Ford Mustang a některé modely Tesla.
Elektromobily mohou být asi o 25 % těžší než vozidla se spalovacím motorem a mají vynikající rychlost, zrychlení a točivý moment. Majitelé mají podle Hayse tendenci jezdit s nimi jako se sportovními vozy, takže společnost nabízí alternativu k brzdám instalovaným v továrně, které nejsou určeny pro tento druh manipulace. NextWave umožní rychlejší zastavení a lepší změny směru, navíc s jiným druhem cool faktoru: „Tato mimořádná funkční konfigurace má také neuvěřitelně nový vzhled. Nic podobného v historii kotoučových brzd neexistuje,“ řekl Claxton.
„Výrazně mocný“
Jak společnost získá zpětnou vazbu od prvních osvojitelů, bude připravovat další dvě řady: LightWave bude kombinovat rotor NextWave s lehkým třmenem a CarbonWave bude výhradně pro elektrická vozidla.
Všechny tyto modely váží přibližně polovinu toho, co váží běžné rotory, a přitom výrazně zlepšují brzdný výkon. Všechny brzdy se budou vyrábět ve Spojených státech. Kromě potenciálu pro snížení toxických nanočástic bude uhlíková stopa každého typu kotoučové brzdy s periodickou vlnou mnohem menší než u konvenčních brzd.
Hays označil program transferu technologií NASA za „nástroj pro americkou konkurenceschopnost“ a popsal vztah společnosti s NASA jako „ohromující sílu“.
„Naprosto to katapultuje naše podnikání a dává nám důvěryhodnost a platnost pro všechno, co děláme,“ řekl. „NASA nám dává základ, abychom mohli vyrazit do světa a vyjednávat a mít respekt našich vrstevníků přímo z brány. To by nebyl obvyklý případ pro společnost v rané fázi.“
Foto: Northrop Grumman / Tiskový zdrojPrvní australský multi-inteligenční MQ-4C Triton se poprvé vznesl do nebe ve čtvrtek 9. listopadu 2023 v Palmdale v Kalifornii.
Multi-inteligenční MQ-4C Triton, vytvořený pro americké námořnictvo a RAAF, podporuje širokou škálu misí včetně námořních hlídek, signálního zpravodajství, vyhledávání, záchrany a komunikačního spojení. Tato letadla poskytují velitelství trvalý dohled pro předpověď chování protivníka, což umožňuje lepší plánování a posílení společných vojenských reakcí.
Northrop Grumman úspěšně dokončil první let australského bezosádkového letadla MQ-4C Triton ve svém závodě v Palmdale v Kalifornii v listopadu 2023. Let představuje významný výrobní milník, protože Northrop Grumman postupuje směrem k dodávce prvního australského Tritonu v roce 2024.
Trvalý dohled
Vzhledem k rostoucí potřebě námořního dohledu poskytují tyto platformy s vysokou výškou a dlouhou vytrvalostí (HALE) velitelům nasazených sil cenné informace o situaci v místě nasazení.
Systém MQ-4C Triton bez posádky poskytuje v reálném čase zpravodajské služby, sledování, průzkum a zaměřování (ISR&T) nad rozsáhlými oceánskými a pobřežními oblastmi. Triton, který byl zkonstruován pro americké námořnictvo a australské královské letectvo, disponuje sadou 360stupňových senzorů integrovaných do letounu s mimořádným doletem, vytrvalostí a rychlostí, což přináší dosud nevídanou úroveň operační flexibility. Ve světě s vyvíjejícími se bezpečnostními hrozbami je Triton navržen pro rozsáhlé námořní prostředí, aby poskytoval nejschopnější trvalé povědomí o doméně.
Trvalý dohled umožňuje předvídat chování protivníka a umožňuje lepší plánování, což výrazně zlepšuje společné vojenské reakce a operace, a to vše bez ohrožení životů posádky na palubě.
Operace Tritonu jsou podporovány pozemními plánovači a operátory senzorů. Může létat ve výšce až 15 kilometrů, což je podstatně více než komerční letecká doprava nebo letouny střední výšky a dlouhé vytrvalosti (MALE). Operační výška také znamená, že lze optimálně využít mnoho pokročilých senzorů pro bezprecedentní povědomí o námořní oblasti.
Austrálie je součástí kooperativního programu Triton a pomáhá utvářet požadavky systému. Americké a australské obranné síly budou společně sdílet data shromážděná jejich příslušnými Tritony.
Northrop Grumman je přední světová společnost v oblasti letectví a obrany. Jejich průkopnická řešení vybavují naše zákazníky schopnostmi, které potřebují k propojení a ochraně světa a posouvají hranice lidského průzkumu napříč vesmírem. Naši zaměstnanci, vedeni společným cílem vyřešit nejtěžší problémy našich zákazníků, definují možné každý den.
Foto: VISTA X-62A / Kyle Brasier, U.S. Air Force / Tiskový zdrojLetoun X-62A VISTA letící nad leteckou základnou Edwards v Kalifornii.
Program ACE dosáhl v letectví světového prvenství pro umělou inteligenci. Air Combat Evolution (ACE) DARPA dosáhl vůbec prvních vzdušných testů algoritmů umělé inteligence, které autonomně létají s F-16 proti F-16 pilotované člověkem v bojových scénářích ve vizuálním dosahu (někdy označované jako „psí zápasy“).
Program ACE usiluje o zvýšení důvěry v bojovou autonomii tím, že jako využívá spolupráci člověka a stroje. Ten slouží také jako vstupní bod do komplexní spolupráce člověka se strojem. Současně bude ACE zavádět metody měření, kalibrace, zvyšování a předvídání lidské důvěry ve výkonnost bojové autonomie. V neposlední řadě program rozšíří taktické použití autonomního boje „psích zápasů“ na složitější, heterogenní, víceletadlové, simulované scénáře na operační úrovni založené na živých datech, čímž položí základy pro budoucí živé experimenty na úrovni kampaní v rámci programu Mosaic Warfare.
V budoucí vzdušné oblasti, kde budou soupeřit protivníci, může jediný lidský pilot zvýšit smrtící účinek účinným řízením více autonomních bezpilotních platforem z letadla s posádkou. Tím se úloha člověka přesouvá z role operátora jedné platformy na roli velitele mise. Cílem ACE je zejména poskytnout schopnost, která pilotovi umožní věnovat se širší, globálnější misi velení ve vzduchu, zatímco jeho letoun a týmové bezpilotní systémy jsou zapojeny do jednotlivých taktik.
ACE vytváří hierarchický rámec autonomie, v němž kognitivní funkce vyšší úrovně (např. vypracování celkové strategie nasazení, výběr a stanovení priorit cílů, určení nejlepší zbraně nebo účinku atd.) může provádět člověk, zatímco funkce nižší úrovně (tj. detaily manévru letounu a taktiky nasazení) je ponechána na autonomním systému. Aby to bylo možné, musí být pilot schopen důvěřovat autonomnímu systému při provádění komplexního bojového chování ve scénářích, jako je například souboj na dohled, než přejde k soubojům mimo dohled.
Demonstrace ACE překlenou mezeru od jednoduchých automatizovaných systémů založených na fyzikálních zákonech, které se v současnosti používají, ke komplexním systémům schopným účinné autonomie ve vysoce dynamickém a nejistém prostředí při rychlosti mise.
Technologický vývoj v rámci programu ACE se zabývá čtyřmi hlavními úkoly:
Zvýšit výkonnost autonomie ve vzdušném boji v lokálním chování (individuální letadlo a týmová taktika).
Vybudovat a kalibrovat důvěru v místní chování ve vzdušném boji.
Rozšířit výkonnost a důvěru na globální chování (heterogenní víceletadlové systémy)
Vybudovat infrastrukturu pro experimentování ve vzdušném boji v plném měřítku
V tomto videu členové týmu hovoří o tom, čím se program ACE liší od jiných projektů autonomie v letectví a jak představuje transformační moment v historii letectví a vytváří základ pro etické, důvěryhodné týmové spojení člověk-stroj pro složité vojenské a civilní aplikace.
Algoritmy ACE AI řídily za letu speciálně upravený zkušební letoun F-16 známý jako X-62A nebo VISTA (Variable In-flight Simulator Test Aircraft) na Air Force Test Pilot School na Edwards Air Force Base v Kalifornii, kde v roce 2023 proběhly všechny ukázky autonomních bojových manévrů a pokračují i v roce 2024.
Nový podvodní dron, který se podobá jednomu z nejpůvabnějších a nejmajestátnějších tvorů v oceánu. Manta Ray (rejnok), postavený společností Northrop Grumman, byl postaven k provádění vojenských misí s dlouhým dosahem a dlouhou výdrží.
Podvodní plavidlo postavené Agenturou pro výzkum pokročilých obranných projektů (DARPA), je schopné samo získávat energii z moře a nepotřebuje k tomu zásah člověka. Projekt vznikal čtyři roky.
Projekt DARPA
Prototyp bezpilotního podvodního plavidla dokončil klíčovou sérii testů. Toto úsilí bylo součástí programu Manta Ray agentury DARPA, který ožil v roce 2020 a cílem projektu bylo vyvinout „novou třídu bezpilotních podvodních plavideldel (UUV) s dlouhou životností, dlouhým dosahem a nosností. Manta Ray má být schopen provádět podvodní mise s co nejmenším lidským dohledem.
Není to tak snadné, jak to zní. Mořská voda je žíravá, mořští živočichové (jako jsou sudokopytníci, medúzy a mořské řasy) mohou znečišťovat pohyblivé části plavidla a různé druhy elektromagnetického záření (zejména slunečního záření) se v mořské vodě špatně šíří. Jde o komplexní soubor technických výzev, které DARPA viděla jako příležitost vyřešit pomocí jediného programu, čímž posouvá stav techniky u UUV technologii.
Manta Ray je určen k tomu, aby pokročil ve stavu techniky v UUV technologii a řešil takové problémy, jako je „biologické znečištění“ mořského života, koroze, obtížnost nízkoenergetického vysoce účinného pohonu a jak najít „nízkoenergetický prostředek pod vodou“, detekce a klasifikace nebezpečí“. Výsledkem má být dron nenáročný na údržbu v prostředí s vysokou údržbou, který dokáže provádět podvodní mise s co nejmenším lidským dohledem.
Kopírování přirozeného pohybu rejnoka ve volné přírodě
Projekt Manta Ray je příkladem biomimikry a hledání řešení technických problémů v přírodě. To je často nejzřetelnější při vývoji letadel, která potřebují mechanismus pro vztlak, a tak inženýři dlouho vzhlíželi k ptačím křídlům. Ptáci často slouží jako inspirace pro vědce, kteří chtějí vylepšit aerodynamiku projektovaného letadla.
Tvar těla je extrémně účinný pro plavání pod vodou a umožňuje obřímu kovovému zvířeti klouzat vodou pomocí pomalých, ladných klapek jeho křídel podobných ploutvím. Metoda klouzání jim umožňuje „ šetřit energii a maximalizovat efektivitu pohybu“. To fungovalo pro paprsky tak dobře, že zůstaly relativně nezměněné po dobu 100 milionů let.
Tento styl podvodního „letu “ je také mimořádně užitečný pro dron, který je navržen tak, aby fungoval autonomně po dlouhou dobu. Manta Ray nemává křídly, ale (zřejmě) používá k pohybu malé vrtule a čím méně energie vrtule spotřebují, tím lépe.
Zdroj obnovitelné energie
Jedním z klíčových požadavků na Manta Ray byla schopnost fungovat bez nutnosti zásahu člověka. Dron musí nejen využívat minimální množství energie, ale také sbírat energii z moře. Schopnost obnovovat zásoby energie udržuje velikost a hmotnost dronu na nízké úrovni, takže je menší a obtížněji detekovatelný nepřítelem v případě použití při obraně.
Článek byl upraven z tiskové zprávy společnosti Northrop Grumman.
Zatímco tyto dvě metody, známé jako elektronový cyklotronový proudový pohon (ECCD) a aplikace rezonančních magnetických perturbací (RMP), byly již dlouho studovány, je to poprvé, kdy výzkumníci simulovali, jak je lze použít společně k dosažení lepší kontroly plazmatu.
„Je to trochu nový nápad,“ řekl Qiming Hu, výzkumný fyzik ve společnosti PPPL a hlavní autor nového článku publikovaného v Nuclear Fusion o práci, která byla také experimentálně prokázána. „Kompletní možnosti se stále zjišťují, ale náš dokument odvádí skvělou práci při prohlubování našeho chápání potenciálních výhod.“
Vědci doufají, že nakonec budou fúzi využívat k výrobě elektřiny. Nejprve budou muset překonat několik překážek, včetně zdokonalení metod pro minimalizaci výbuchů částic z plazmatu, které jsou známé jako okrajové lokalizované módy (ELMs).
„Tyto výbuchy pravidelně uvolňují trochu tlaku, protože je ho příliš mnoho. Ale tyto výbuchy mohou být nebezpečné,“ řekl Hu, který pracuje pro PPPL v DIII-D National Fusion Facility, uživatelském zařízení DOE hostovaném společností General Atomics. DIII-D je tokamak, zařízení, které využívá magnetické pole k omezení fúzního plazmatu do tvaru koblihy. ELM mohou ukončit fúzní reakci a dokonce poškodit tokamak, takže výzkumníci vyvinuli mnoho způsobů, jak se jim vyhnout.
„Nejlepší způsob, jak se jim vyhnout, je použít rezonanční magnetické perturbace neboli RMP, které generují další magnetická pole,“ řekl hlavní výzkumný fyzik PPPL Alessandro Bortolon, který byl jedním ze spoluautorů článku.
Magnetická pole vytvářejí ostrůvky, mikrovlny je upravují
Magnetická pole, která původně působí v tokamaku, se obtáčejí kolem plazmatu ve tvaru torusu, a to jak na dlouhou stranu, kolem vnějšího okraje, tak na krátkou stranu, od vnějšího okraje a středovým otvorem. Dodatečná magnetická pole vytvořená RMP putují plazmatem a proplétají se dovnitř a ven jako kanalizační steh. Tato pole vytvářejí v plazmatu oválná nebo kruhová magnetická pole nazývaná magnetické ostrovy.
"Normálně jsou ostrovy v plazmě opravdu, opravdu špatné." Pokud jsou ostrovy příliš velké, může to narušit samotná plazma.“
Vědci však již z experimentů věděli, že za určitých podmínek mohou být ostrovy prospěšné. Nejtěžší je generovat dostatečně velké RMP na vytvoření ostrovů. Zde přichází na řadu ECCD, což je v podstatě injekce mikrovlnného paprsku. Výzkumníci zjistili, že přidání ECCD na okraj plazmy snižuje množství proudu potřebného k vytvoření RMP nezbytných k vytvoření ostrovů.
Injekce mikrovlnného paprsku také umožnila výzkumníkům zdokonalit velikost ostrůvků pro maximální stabilitu okraje plazmatu. Metaforicky, RMP fungují jako jednoduchý světelný spínač, který zapíná ostrůvky, zatímco ECCD funguje jako další stmívač, který umožňuje výzkumníkům upravit ostrůvky na ideální velikost pro zvládnutelnou plazmu.
„Naše simulace zpřesňuje naše chápání interakcí ve hře,“ řekl Hu. „Když bylo ECCD přidáno ve stejném směru jako proud v plazmě, šířka ostrova se zmenšila a tlak na podstavci se zvýšil. Aplikace ECCD v opačném směru přinesla opačné výsledky, se zvětšováním šířky ostrůvku a poklesem tlaku na podstavci nebo usnadněním otevírání ostrůvku.
ECCD na okraji, místo jádra
Výzkum je také pozoruhodný, protože ECCD byl přidán na okraj plazmy místo jádra, kde se obvykle používá.
„Obvykle si lidé myslí, že aplikace lokalizovaného ECCD na okraji plazmy je riskantní, protože mikrovlny mohou poškodit součásti uvnitř nádoby,“ řekl Hu. „Ukázali jsme, že je to proveditelné, a prokázali jsme flexibilitu tohoto přístupu. To by mohlo otevřít nové cesty pro navrhování budoucích zařízení.“
Snížením množství proudu potřebného k vytvoření RMP by tato simulační práce mohla v konečném důsledku vést ke snížení nákladů na výrobu energie z jaderné syntézy v komerčních zařízeních pro jadernou syntézu budoucnosti.
PPPL ovládá umění používat plazmu, čtvrté skupenství hmoty, k řešení některých z nejnáročnějších světových vědeckých a technologických výzev. Náš výzkum zasazený do areálu Forrestal Princetonské univerzity v Plainsboro, New Jersey, podněcuje inovace v řadě aplikací včetně energie z jaderné syntézy, výroby v nanoměřítku, kvantových materiálů a zařízení a vědy o udržitelnosti. Univerzita spravuje laboratoř pro Úřad vědy amerického ministerstva energetiky, který je největším zastáncem základního výzkumu ve fyzikálních vědách v zemi.
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Jaderná fůzes volným přístupem.
Foto: LONG HUY DA/Tiskový zdrojUMĚLCŮV DOJEM Z OPTOAKUSTICKÉHO POČÍTÁNÍ.
Optické neuronové sítě mohou poskytnout vysokorychlostní a velkokapacitní řešení nezbytné pro řízení náročných počítačových úloh. Využití jejich plného potenciálu však bude vyžadovat další pokroky. Jedním z problémů je rekonfigurovatelnost optických neuronových sítí.
Výzkumnému týmu vedenému doktorkou Stillerovou, Institutu Maxe Planckapro vědu světla, ve spolupráci s výzkumnou skupinou Englund na Massachusettském technologickém institutu, se nyní podařilo položit základy pro nové rekonfigurovatelné neuromorfní stavební bloky přidáním nové dimenze fotonického strojového učení: zvukové vlny.
Vědci používají světlo k vytvoření dočasných akustických vln v optickém vláknu. Zvukové vlny generované tímto způsobem mohou například umožnit opakující se funkce v telekomunikačním optickém vláknu, což je nezbytné pro interpretaci kontextových informací, jako je jazyk.
Umělá inteligence je dnes samozřejmostí. Pomáhá nám rychleji zvládat každodenní úkoly. Jazykové modely, jako je ChatGPT, jsou schopny vytvářet přirozeně formulované texty a strukturovaně sumarizovat odstavce, čímž nám pomáhají snižovat naši administrativní režii. Nevýhodou jsou jejich enormní energetické nároky. To znamená, že jak se budou tato inteligentní zařízení vyvíjet, budou vyžadovat nová řešení pro urychlení zpracování signálu a snížení spotřeby energie.
Neuronové sítě
Neuronové sítě mají potenciál tvořit páteř umělé inteligence. Jejich vybudování jako optické neuronové sítě založené na světle místo elektrických signálů, slibuje zpracování velkých objemů dat vysokou rychlostí a s velkou energetickou účinností. Dosud se však mnoho experimentálních přístupů k implementaci optických neuronových sítí spoléhalo na pevné komponenty a stabilní zařízení. Nyní mezinárodní výzkumný tým vedený Birgit Stillerovou z Max Planckova institutu pro vědu o světle ve spolupráci s Dirkem Englundem z Technologického institute v Massachusetts, našel způsob, jak postavit rekonfigurovatelné stavební bloky založené na zvukových vlnách pro fotonické strojové učení. Pro svůj experimentální přístup vědci používají optická vlákna tenká jako vlasy, která se již celosvětově používají pro rychlé připojení k internetu.
Klíčem k vynálezu je světlem řízené vytváření putujících zvukových vln, které manipulují s následnými výpočetními kroky optické neuronové sítě. Optické informace jsou zpracovávány a korelovány s akustickými vlnami. Zvukové vlny mají mnohem delší dobu přenosu než optický informační tok. Proto zůstávají v optickém vláknu déle a mohou být postupně spojeny s každým následujícím krokem zpracování. Jedinečnost tohoto procesu spočívá v tom, že je zcela řízen světlem a nevyžaduje složité struktury a měniče.
„Jsem velmi nadšená, že jsme se pustili do této nové linie výzkumu, který je průkopníkem ve využívání zvukových vln k ovládání optických neuronových sítí. Naše zjištění výzkumu mají potenciál podnítit vývoj nových stavebních bloků pro nové architektury fotonických výpočtů.“ říká doktorka Birgit Stillerová, vedoucí výzkumné skupiny kvantové optoakustiky.
Prvním stavebním blokem experimentálně demonstrovaným týmem je rekurentní operátor, technologie široce používaná v oblasti rekurentních neuronových sítí. Umožňuje propojení řady výpočetních kroků, a proto poskytuje kontext pro každý jednotlivý provedený výpočetní krok.
Foto: Výzkumná skupina doktorky Stillerové, MPL/Tiskový zdrojInformace přenášené optickým impulsem se částečně přemění na akustickou vlnu. Informace zůstává v akustické vlně i poté, co světelný impuls opustil optické vlákno. Tato počáteční akustická vlna ovlivňuje druhý a třetí krok zpracování světla a zvuku s následujícími vstupními impulsy nesoucími jinou informaci než předchozí. V důsledku toho se akustické vlny spojují v časově oddělené dynamice a slouží jako médium šíření informace.
Využití slov v kontextu věty
V lidské řeči může například pořadí slov určovat význam věty. Například dvě věty „Rozhodla se prozkoumat výzvu“. a „Rozhodla se zpochybnit výzkum.“ sestávají ze stejných slov, ale mají různé významy. To je způsobeno různými kontexty vytvořenými pořadím slov. Tradiční plně propojená neuronová síť na počítači čelí potížím se zachycením kontextu, protože vyžaduje přístup k paměti. K překonání tohoto problému byly neuronové sítě vybaveny opakujícími se operacemi, které umožňují vnitřní paměť a jsou schopny zachytit kontextové informace.
Ačkoli tyto rekurentní neuronové sítě lze snadno implementovat digitálně, analogická implementace v optice je náročná a dosud se spoléhala na umělé dutiny, které poskytují paměť.
Vědci nyní použili zvukové vlny k implementaci opakujícího se operátora. Výsledkem je, že Optoakustický rekurentní operátor(OREO) využívá vnitřní vlastnosti optického vlnovodu bez potřeby umělého rezervoáru nebo nově vyrobených struktur. OREO nabízí tu výhodu, že je plně opticky řízen, díky čemuž je optoakustický počítač programovatelný na bázi pulsu. Výzkumníci to například poprvé použili k optické implementaci opakovaného výpadku, což je regulační technika, která se dříve používala pouze ke zvýšení výkonu digitálních rekurentních neuronových sítí. OREO bylo použito k rozlišení až 27 různých vzorů, což dokazuje jeho schopnost zpracovat kontext.
V budoucnu by použití zvukových vln pro optické neuronové sítě mohlo odemknout novou třídu optických neuromorfních počítání, které by bylo možné spontánně překonfigurovat a umožnilo by rozsáhlé výpočty v paměti v současné telekomunikační síti. Také implementace optických neuronových sítí na čipu mohou těžit z tohoto přístupu, který je implementovatelný ve fotonických vlnovodech bez dalšího elektronického řízení.
Foto: Susanne Viezens, MPL/Tiskový zdrojDoktorka Birgit Stillerová a Steven Becker, Stillerova výzkumná skupina, Institutu Maxe Plancka pro vědu o světle.
„Fotonické strojové učení může mít obrovský potenciál pro paralelní zpracování informací a energeticky efektivní operace. Přidání akustických vln může přispět k tomuto úsilí pomocí zcela opticky řízené a snadno ovladatelné sady nástrojů.“ říká doktorka Birgit Stillerová.
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikována v časopise Nature s volným přístupem.
Foto: Argonne National Laboratory/Tiskový zdrojOBRAZ: ILUSTRACE REDOXNÍHO HRADLOVÁNÍ PRO MANIPULACI S NOSIČEM A ŘÍZENÍ ELEKTRICKÉHO POLE ELEKTRONICKÉHO STAVU. ZELENÁ VLÁKNA PŘEDSTAVUJÍ FUNKČNÍ MOLEKULY PRO REDOXNÍ HRADLOVÁNÍ A SCHOPNOST FUNGOVAT PŘI NÍZKÉM VÝKONU NAPODOBUJE SYNAPTICKÉ PŘEPÍNÁNÍ V LIDSKÉM MOZKU, JAK JE REPREZENTOVÁNO ZÁKLADNÍ SYNAPSÍ.
Mikroelektronická zařízení, jako jsou mikročipy v počítačích a mobilních telefonech, zpracovávají a ukládají informace a jsou pro náš život rozhodující. Podle recenzovaného článku zveřejněného v tiskové zprávě AAAS, jsou nezbytné pro řízení podniků, pomáhají sledovat šíření nemocí, dodávají energii do domácností prostřednictvím elektrické sítě a provádějí vědecký výzkum v boji proti velkým výzvám, jako je klimatická krize.
Mikroelektronika čelí klíčové výzvě kvůli své malé velikosti. Aby se zabránilo přehřátí, mikroelektronika potřebuje spotřebovat pouze zlomek elektrické energie než konvenční elektronika a přitom stále pracuje na špičkovém výkonu.
Výzkumníci z Argonne jsou průkopníky „redoxního hradlování“, neboli nového způsobu, jak přesně modulovat tok elektronů. Průlom by mohl pomoci vést k vývoji nových nízkoenergetických polovodičů nebo kvantových zařízení.
S tím, jak jsou integrované obvody, které napájejí naše elektronická zařízení, stále výkonnější, jsou ku podivu také stále menší. Tento trend mikroelektroniky se v posledních letech jen zrychlil, protože vědci se snaží na čip osadit stále více polovodičových součástek. V nové studii publikované v Advanced Materials navrhl tým Argonne nový druh techniky „redoxního hradlování“, která může řídit pohyb elektronů dovnitř a ven z polovodičového materiálu.
„Režim subvoltů, kde tento materiál funguje, je velmi zajímavý pro výzkumníky, kteří chtějí vytvořit obvody, které by fungovaly podobně jako lidský mozek, který také pracuje s velkou energetickou účinností.“ — Vědec z oblasti Argonne Wei Chen
„Redox“ označuje chemickou reakci, která způsobuje přenos elektronů. Mikroelektronická zařízení se obvykle spoléhají na elektrický „efekt pole“ k řízení toku elektronů. V experimentu vědci navrhli zařízení, které by mohlo regulovat tok elektronů z jednoho konce na druhý aplikací napětí, v podstatě druhu tlaku, který tlačí elektřinu přes materiál, který fungoval jako druh elektronové brány. Když napětí dosáhne určité prahové hodnoty, zhruba poloviny voltu, materiál začne vstřikovat elektrony přes bránu ze zdrojového redoxního materiálu do materiálu kanálu.
„Nová strategie redoxního hradlování nám umožňuje modulovat tok elektronů enormně i při nízkých napětích, což nabízí mnohem vyšší energetickou účinnost,“ řekl odborník na materiály z Argonne, Dillon Fong, autor studie. „To také zabraňuje poškození systému. Vidíme, že tyto materiály lze opakovaně cyklovat téměř bez snížení výkonu.“
„Režim subvoltů, ve kterém tento materiál funguje, je nesmírně zajímavý pro výzkumníky, kteří chtějí vytvořit obvody, které by fungovaly podobně jako lidský mozek, který také pracuje s velkou energetickou účinností,“ řekl.
Pevné baterie ukládají a uvolňují náboj posouváním iontů tam a zpět mezi dvě elektrody. Z našeho obvyklého pohledu proudí ionty pevným elektrolytem baterie jako jemný proud. Vědci zjistili, že zdánlivě hladký tok iontů elektrolytem baterie, je překvapivě komplikovaný.
Při pohledu na atomové měřítko je tento hladký tok iluzí. Jednotlivé ionty nepravidelně přeskakují z jednoho otevřeného prostoru do druhého v prostorné atomové mřížce elektrolytu, šťouchané ve směru elektrody stálým napětím. Tyto skoky je těžké předvídat a je obtížné je spustit a odhalit.
Nyní, v první studii svého druhu, vědci dali skákajícím iontům ráz napětí tím, že je zasáhli pulzem laserového světla. K jejich překvapení většina iontů nakrátko obrátila směr a vrátila se do svých předchozích pozic, než pokračovala ve svých obvyklých, náhodnějších cestách. Byl to první náznak, že si ionty v jistém smyslu pamatovaly, kde právě byly.
Elektronický kukuřičný škrob
„Můžete si představit, že se ionty chovají jako směs kukuřičného škrobu a vody,“ řekl Andrey D. Poletayev, postdoktorandský výzkumník z Oxfordu, který pomáhal vést experiment, když byl postdoktorandem v laboratoři SLAC. „Pokud tuto směs kukuřičného škrobu jemně zatlačíme, chová se jako kapalina, ale když do něj udeříme, ztuhne. Ionty v baterii jsou jako elektronický kukuřičný škrob. Odolávají silnému otřesu způsobenému otřesem laserového světla pohybem dozadu.
„Neostrá paměť“ iontů, jak říká Poletajev, trvá jen několik miliardtin sekundy. Ale vědomí, že existuje, pomůže vědcům poprvé předpovědět, co udělají putující ionty příště, což je důležitý faktor pro objevování a vývoj nových materiálů.
Foto: Greg Stewart/SLAC National. Laboratoř urychlovačů/Tiskový zdrojFoto: Andrey D. Poletajev/Oxfordská univerzita
Laserový přístroj sestrojený vedoucím vědcem SLAC Matthiasem C. Hoffmannem pro experimenty, které otřásly ionty procházejícími elektrolytem pevné baterie s nárazem napětí. K překvapení výzkumníků většina iontů zareagovala obrácením kurzu a skokem do svých předchozích pozic, než se vrátila na své obvyklé nevyzpytatelné dráhy – první náznak, že si v jistém smyslu pamatovali, kde byli.
Elektrolyt určený pro rychlost
Pro své experimenty v laserové laboratoři SLAC použili vědci tenké, průhledné krystaly pevného elektrolytu z rodiny materiálů nazývaných beta-aluminy. Tyto materiály byly vůbec prvními objevenými elektrolyty s vysokou vodivostí. Obsahují malé kanálky, kde se mohou skákající ionty pohybovat rychle a mají tu výhodu, že jsou bezpečnější než kapalné elektrolyty. Beta-oxidy hlinité se používají v bateriích v pevné fázi, bateriích sodíku a síry a elektrochemických článcích.
Jak ionty proskakovaly kanály beta-oxidu hlinitého, výzkumníci je zasáhli pulzy laserového světla, které byly jen biliontiny sekundy dlouhé a poté změřili světlo, které se vrátilo z elektrolytu.
Změnou doby mezi laserovým pulzem a měřením byli schopni přesně určit, jak se změnila rychlost a preferovaný směr iontů během několika biliontin sekundy po nárazu laseru.
Zvláštní a neobvyklé
„V procesu iontového skákání se děje mnoho podivných a neobvyklých věcí,“ řekl Stanfordský profesor Aaron Lindenberg, vyšetřovatel Stanfordského institutu pro materiálové a energetické vědy (SIMES), který vedl studii.
„Když aplikujeme sílu, která otřese elektrolytem, iont nereaguje okamžitě jako u většiny materiálů,“ řekl. „Ion tam může chvíli sedět, najednou vyskočit a pak tam zase nějakou dobu sedět.“ Možná budete muset nějakou dobu počkat a pak najednou dojde k obrovskému posunu. Takže v tomto procesu je prvek náhodnosti, který tyto experimenty ztěžuje.“
Až dosud se vědci domnívali, že způsob, jakým se ionty pohybují, byl klasickou „náhodnou chůzí“. Strkají se, narážejí a bouchají do sebe, jako když se opilý člověk potácí po chodníku, ale nakonec dosáhnou nějakého cíle způsobem, který pozorovateli připadají záměrné. Nebo si vzpomeňte na skunk vypouštějící páchnoucí sprej do místnosti plné lidí. Molekuly ve spreji se náhodně tlačí a srážejí, ale až příliš rychle se dostanou k vašemu nosu.
Pokud jde o poskakující ionty, „ten pohked se v atomovém měřítku ukazuje jako špatný,“ řekl Poletajev, „ale to není chyba lidí, kteří k tomuto závěru došli. Jde jen o to, že výzkumníci tak dlouho zkoumali transport iontů pomocí makroskopických nástrojů a nemohli pozorovat to, co jsme viděli v této studii.
Objevy v atomovém měřítku, které zde byly učiněny, řekl, „pomohou překlenout propast mezi atomovými pohyby, které můžeme modelovat v počítači a makroskopickým výkonem materiálu, což náš výzkum tak zkomplikovalo.
—————————————————————————————
SLAC je pulzující multiprogramová laboratoř, která zkoumá, jak funguje vesmír v největším, nejmenším a nejrychlejším měřítku, a vynalézá výkonné nástroje používané vědci po celém světě. S výzkumem zahrnujícím částicovou fyziku, astrofyziku a kosmologii, materiály, chemii, bio- a energetické vědy a vědecké výpočty pomáháme řešit problémy reálného světa a prosazovat zájmy národa.
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS. Výzkumný tým z Národní laboratoře akcelerátorů SLAC Ministerstva energetiky, Stanford University, Oxford University a Newcastle University popsal svou studii v Nature.
Foto: Aleksandr Käkinen/Univerzita Aalto/Zdroj z tiskové zprávy
Honba za stále vyšším počtem qubitů v krátkodobých kvantových počítačích neustále vyžaduje nové inženýrské výkony. Mezi problematické překážky tohoto závodu na vzestupu patří vylepšování způsobu měření qubitů.
K provádění těchto měření se tradičně používají zařízení nazývaná parametrické zesilovače. Ale jak název napovídá, zařízení zesiluje slabé signály zachycené z qubitů, aby provedlo čtení, což způsobuje nežádoucí šum a může vést k dekoherenci qubitů, pokud není chráněno dalšími velkými součástmi. Ještě důležitější je, že objemná velikost zesilovacího řetězce se stává technicky náročným, protože se zvyšuje počet qubitů v chladničkách s omezenou velikostí.
Nová metoda měření
K nelibosti mnoha fyziků Heisenbergův princip neurčitosti určuje, že nelze současně přesně znát polohu a hybnost signálu nebo napětí a proud. Tak je tomu u qubitových měření prováděných s parametrickými napěťově-proudovými zesilovači. Ale bolometrické snímání energie je zásadně odlišný druh měření, sloužící jako prostředek k vyhnutí se Heisenbergově nechvalně známému pravidlu. Vzhledem k tomu, že bolometr měří výkon neboli počet fotonů, není vázán přidávat kvantový šum pramenící z Heisenbergova principu neurčitosti tak, jako to dělají parametrické zesilovače.
Na rozdíl od zesilovačů bolometry velmi jemně snímají mikrovlnné fotony emitované z qubitu prostřednictvím minimálně invazivního detekčního rozhraní. Tento tvarový faktor je zhruba 100krát menší než jeho protějšek zesilovače, díky čemuž je mimořádně atraktivní jako měřicí zařízení.
„Když uvažujeme o nejvyšší kvantové budoucnosti, je snadné si představit, že by vysoké počty qubitů v tisících nebo dokonce milionech mohly být běžné. Pečlivé vyhodnocení půdorysu každé součásti je pro toto masivní zvětšení naprosto nezbytné.
„S drobnými úpravami bychom mohli očekávat, že bolometry budou dosahovat požadované 99,9% přesnosti jednorázového záběru za 200 nanosekund. Můžeme například vyměnit materiál bolometru z kovu na grafen, který má nižší tepelnou kapacitu a dokáže rychle detekovat velmi malé změny ve své energii. A odstraněním dalších nepotřebných součástí mezi bolometrem a samotným čipem můžeme nejen dosáhnout ještě většího zlepšení věrnosti odečtu, ale můžeme dosáhnout menšího a jednoduššího měřicího zařízení, díky kterému je škálování na vyšší počty qubitů proveditelnější,“ říká András Gunyhó, první autor článku a doktorandský výzkumník ve skupině QCD.
Než výzkumná skupina QCD ve svém nejnovějším článku prokázala vysokou věrnost jednorázového čtení bolometrů, v roce 2019 nejprve ukázala, že bolometry lze použít pro ultracitlivá mikrovlnná měření v reálném čase. V roce 2020 pak zveřejnili článek ukazující jak bolometry vyrobené z grafenu dokážou zkrátit časy čtení hluboko pod mikrosekundu.
Práce byla provedena ve Finském výzkumném centru excelence pro kvantové technologie (QTF) s využitím výzkumné infrastruktury OtaNano ve spolupráci s VTT Technical Research Centre of Finland a IQM Quantum Computers.
Foto: Obrázek znázorňuje povrchové proudy oceánu simulované pomocí MPAS-Ocean./Národní laboratoř Los Alamos, E3SM, Ministerstvo energetiky USA/Zdroj z tiskové zprávy
Na pláži se vlny oceánu starají o uklidňující bílý šum. Ve vědeckých laboratořích však hrají klíčovou roli při předpovědi počasí a výzkumu klimatu. Spolu s atmosférou je oceán obvykle jednou z největších a výpočetně nejnáročnějších složek modelů zemského systému, jako je například Energy Exascale Earth System Model (E3SM) ministerstva energetiky.
Většina nových modelů oceánů se zaměřuje na dvě kategorie vln: barotropický systém, který se vyznačuje rychlým šířením vln a baroklinický systém, který se vyznačuje pomalým šířením vln. Aby pomohl řešit problém simulace těchto dvou režimů současně, vyvinul tým z národních laboratoří DOE v Oak Ridge, Los Alamos a Sandia nový algoritmus řešení, který zkracuje celkovou dobu běhu modelu MPAS-Ocean, modelu oceánské cirkulace E3SM, o 45 %.
Výzkumníci testovali svůj software na superpočítači Summit v zařízení ORNL Výpočetní zařízení Oak Ridge Leadership, uživatelském zařízení DOE Úřad pro vědu, a na superpočítači Národní laboratoře v Pacific Northwest. Primární simulace prováděli na superpočítačích Cori a Perlmutter v Národním vědeckém výpočetním středisku pro výzkum energie v Národní laboratoři Lawrence Berkeleyho a jejich výsledky byly publikovány v časopise International Journal of High Performance Computing Applications (Mezinárodní časopis pro aplikace vysoce výkonných počítačů).
Nový řešič pro barotropní systém je semiimplicitní, což znamená, že je bezpodmínečně stabilní a umožňuje tak výzkumníkům používat stejný počet velkých časových kroků bez obětování přesnosti, což šetří značné množství času a výpočetního výkonu.
Foto: Paul Ullrich/Universita of California
Modely zemského systému a klimatické modely jsou komplexní integrací environmentálních proměnných používaných k pochopení naší planety. Modely zemského systému simulují, jak chemie, biologie a fyzikální síly spolupracují. Tyto modely jsou podobné, ale mnohem komplexnější než modely globálního klimatu.
Abychom porozuměli modelům zemského systému, pomůže nám nejprve porozumět globálním klimatickým modelům. Klima je dlouhodobý vzorec proměnných počasí. Zahrnuje teplotu, déšť a sněžení, vlhkost, sluneční světlo a vítr a jak k nim dochází po mnoho let. Klimatické modely vysvětlují, jak se tyto proměnné mohou měnit, pomocí matematické analýzy založené na fyzice pohybu energie, plynů a tekutin v kombinaci s měřeními získanými z experimentů, laboratoří a dalších pozorování v reálném světě.
Mezi klimatické modely patří:
Atmosféra včetně mraků, aerosolů a plynů.
Povrch země a jak je pokryt vegetací, sněhem a ledem, jezery a řekami a půdou.
Mořský led a oceány.
Jak všechny tyto složky ukládají a přenášejí teplo a uhlík, které ohřívají zemskou atmosféru.
Globální klimatické modely zacházejí se Zemí jako s obří mřížkou. Velikost každé buňky v mřížce je určena výkonem počítače, na kterém je model spuštěn. Stejně jako videohra vyžaduje vyšší rozlišení mnohem výkonnější počítač.
Komunita softwarových vývojářů strávila roky optimalizací různých klimatických aplikací v Trilinos a Fortrilinos, takže nejnovější řešič MPAS-Ocean, který využívá tento zdroj, překonává ručně vytvořený řešič, což umožňuje dalším vědcům urychlit jejich úsilí v oblasti výzkumu klimatu.
„Kdybychom museli individuálně kódovat každý algoritmus, vyžadovalo by to mnohem více úsilí a odborných znalostí,“ řekl Kang. „Ale s tímto softwarem můžeme okamžitě spouštět simulace vyšší rychlostí tím, že do našeho programu začleníme optimalizované algoritmy.“
Ačkoli má současný řešič stále omezení škálovatelnosti na vysoce výkonných výpočetních systémech, funguje výjimečně dobře až do určitého počtu procesorů. Tato nevýhoda existuje, protože semiimplicitní metoda vyžaduje, aby všechny procesory spolu komunikovaly alespoň 10krát za časový krok, což může zpomalit výkon modelu. Aby vědci tuto překážku překonali, v současné době optimalizují komunikaci procesoru a portují řešič na GPU.
Kromě toho tým aktualizoval metodu časového krokování pro baroklinický systém, aby dále zlepšil efektivitu MPAS-Ocean. Prostřednictvím těchto pokroků se výzkumníci zaměřují na rychlejší, spolehlivější a přesnější předpovědi klimatu, což jsou zásadní vylepšení pro zajištění bezpečnosti klimatu a umožňující včasné rozhodování a projekce s vysokým rozlišením.
„Rozsáhlé využívání výpočetních zdrojů vyžaduje obrovské množství elektřiny a energie, ale urychlením tohoto modelu můžeme snížit spotřebu energie, zlepšit simulace a snadněji předvídat dopady změny klimatu na desetiletí nebo dokonce tisíce let do budoucnosti.“
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS a vědecké studie publikované v Journals sage pub.
Foto: Aerial View of Los Alamos National Laboratory/Flickr
Cílem centra v Los Alamos je integrovat a rozvíjet výbušné schopnosti laboratoře pro misi moderních jaderných zbraní a nacházení řešení problémů v oblasti národní bezpečnosti. Přesně takhle se prezentuje národní centrum USA, které testuje jaderné zbraně uvnitř speciální komory známé jako DARTH.
Od svého založení, kdy zde probíhal projekt Manhattan, se Národní laboratoř Los Alamos neustále vylepšuje. Vědci usilovně budují odborné znalosti v oblasti vývoje, charakterizace a testování výbušnin. Nevím, zda jásat, nebo se bát při myšlence, že laboratorní vědci dnes využívají více než 70 let zkušeností s výbušninami k řešení dnešních složitých výzev.
Podle americké vlády, zbraňové programy v Los Alamos, mají jedno hlavní poslání: zajistit bezpečnost, zabezpečení a účinnost jaderných zbraní v trvalé zásobě USA. Jednou kritickou součástí této mise je projekt DARHT. Dvouosé radiografické hydrodynamické testovací zařízení.
DARHT se skládá ze dvou velkých rentgenových přístrojů, které produkují rentgenové snímky materiálů, které implodují rychlostí vyšší než 10 000 mil za hodinu. Takové rentgenové snímky pomáhají vědcům zajistit, že zbraně v zásobě jsou bezpečné a účinné a pokud to bude někdy nutné, budou fungovat tak, jak byly navrženy.
Výsledky a aplikace hydrotestu
Při provozu obou paprsků může DARHT pořídit čtyři sekvenční rentgenové snímky na jedné ose a jeden rentgenový snímek podél kolmé osy, což poskytuje vůbec první simultánní pohledy na implozi ze dvou směrů. Doba expozice takových rentgenových snímků, 60 miliardtin sekundy, zmrazí působení implodující makety na mnohem méně než milimetr. Lineární indukční urychlovač využívá magnetická jádra k umožnění lepší vazby elektrostatických polí, čímž urychluje elektrony nebo jiné částice na extrémně vysoké energie.
U DARHTu jsou takové elektronové paprsky zaměřeny na kovový terč. Když vysokoenergetické elektrony zasáhnou cíl, elektrony se odkloní a přemění kinetickou energii paprsku na silné rentgenové záření.
Spolu s dalšími nástroji, jako jsou pokročilé laserové interferometry a elektronické indikátory polohy, vytváří DARHT během těchto hydrotestů datové soubory, které se používají k ověření počítačových kódů jaderných zbraní. Soubory dat imploze v plném rozsahu jsou porovnány se simulacemi odvozenými z počítačových kódů.
Posílení jaderného odstrašujícího prostředku Spojených států
Program DARHT navrhl zvýšit počet hydrotestů. Zaměstnanci DARHTu také plánují vylepšit schopnost pořizování více obrázků. Takové zlepšení by mohlo potenciálně zvýšit počet možných rentgenových snímků při každém testu.
Výsledky těchto studií pomohou zlepšit a ověřit počítačové modely, které jsou při absenci skutečných jaderných zkoušek kritické pro hodnocení účinků stárnutí a repasovaných jaderných zbraní.
DARHT a jeho datově bohaté rentgenové snímky poskytují reálnou validaci kódů a tím účinně zvyšují důvěru a důvěryhodnost správcovských snah určených k zajištění národní bezpečnosti Spojených států.
Po třech letech intenzivního výzkumu sestavil mezinárodní tým výzkumníků vůbec první „Světový index kybernetické kriminality“, který identifikuje klíčová celosvětová ohniska seřazením nejvýznamnějších zdrojů kybernetické kriminality na národní úrovni. Index, který byl zveřejněn v časopise PLOS ONE, ukazuje, že domovem největší hrozby kyberzločinců je relativně malý počet zemí. Na prvním místě žebříčku je Rusko, následované Ukrajinou, Čínou, USA, Nigérií a Rumunskem. Česká republika je na čtyřicátém místě.
Spoluautorka studie, Dr. Miranda Bruceová z Oxfordské univerzity a UNSW Canberra, uvedla, že studie umožní veřejnému a soukromému sektoru zaměřit své zdroje na klíčová centra počítačové kriminality a věnovat méně času a finančních prostředků na protiopatření proti počítačové kriminalitě v zemích, kde se problém nevyskytuje a nebo není tak významný.
„Nyní rozumíme hlouběji geografii kybernetické kriminality a tomu, jak se různé země specializují na různé typy kybernetické kriminality.“
Údaje, které jsou základem indexu, byly shromážděny prostřednictvím průzkumu mezi 92 předními odborníky na kyberkriminalitu z celého světa, kteří se podílejí na shromažďování zpravodajských informací a vyšetřování kybernetické kriminality. Průzkum požádal odborníky, aby zvážili pět hlavních kategorií kybernetické kriminality*, nominovali země, které považují za nejvýznamnější zdroje každého z těchto typů kybernetické kriminality a poté seřadili každou zemi podle dopadu, profesionality a technických dovedností mezi kyberzločinci.
Spoluautor docent Jonathan Lusthaus z katedry sociologie Oxfordské univerzity a Oxfordské školy globálních a oblastních studií uvedl, že počítačová kriminalita je do značné míry neviditelným fenoménem, protože pachatelé často maskují svou fyzickou polohu tím, že se skrývají za falešné profily a technické ochrany.
„Vzhledem k nezákonné a anonymní povaze jejich aktivit nelze kyberzločince snadno identifikovat, nebo je spolehlivě prozkoumat. Aktivně se skrývají. Pokud se pokusíte použít technická data k zmapování jejich polohy, také neuspějete, protože kyberzločinci odrážejí své útoky na internetovou infrastrukturu po celém světě. Nejlepší způsob, jak si musíme udělat obrázek o tom, kde se tito pachatelé skutečně nacházejí, je prozkoumat ty, jejichž úkolem je tyto lidi sledovat,“ řekl doktor Lusthaus.
„Doufáme, že studii rozšíříme, abychom mohli určit, zda národní charakteristiky, jako je dosažené vzdělání, penetrace internetu, HDP nebo míra korupce, souvisí s kyberkriminalitou. Mnoho lidí si myslí, že počítačová kriminalita je globální a proměnlivá, ale tato studie podporuje názor, že podobně jako formy organizovaného zločinu je zasazena do konkrétních kontextů,“ řekl profesor Varese.
Foto: Shane Collins/Northwestern University/Volný zdroj tiskové zprávy
Většina lidí zná ikonickou fotografii otisku boty astronauta Buzze Aldrina na povrchu Měsíce, ale co přesně je součástí půdy, která nese otisk onoho slavného „malého kroku pro člověka“, je stále předmětem bádání. Odpovědí na tuto otázku je základní znalost pro program Artemis NASA, jehož cílem je vybudovat stálou základnu na Měsíci.
Zatímco výzkumníci chápou obecné složení měsíční půdy, mineralog ze Severozápadní univerzity, Steven Jacobsen, dostal za úkol, aby dále odhalil záhadu pochybného prachu.
Protože náklady na převoz tradičních stavebních materiálů ze Země jsou neuvěřitelně vysoké, NASA se spojila se společností ICON Technology Inc., aby prozkoumala nové metody pro stavbu měsíční základny s využitím vlastních zdrojů Měsíce. Ale předtím, než ICON dokáže postavit struktury s měsíční půdou, tým musí nejprve pochopit přesné složení půdy, které se může drasticky měnit od jednoho vzorku k druhému.
„Stavba mimo svět přináší mnoho výzev,“ řekl Jacobsen, hlavní řešitel projektu. „Měsíční půda není taková jako na Zemi.“ Na Měsíci se půda tvoří z dopadů meteoroidů, které rozdrtily povrch. Měsíc je tedy v podstatě obalený silnou vrstvou mleté mouky. Druhy minerálů a skla nacházející se v měsíční půdě závisí na mnoha faktorech. Materiál se tak ve finále může značně lišit i na malé ploše.“
Nebezpečí prachu
Vzhledem k budoucím plánům cestovat pravidelně tam a zpět na Měsíc potřebuje NASA nejprve spolehlivou přistávací plochu. Jinak pokaždé, když se lunární přistávací modul dostane do kontaktu s měsíčním povrchem, vykopne destruktivní prach, který by mohl poleptat zařízení a poškodit okolní stanoviště.
„Každá částice prachu na Měsíci je zubatá a hranatá,“ řekl Koube. „Když přemýšlíte o zrnkách písku na Zemi, pak si můžete všimnout rozdílu, že jsou zaoblená, protože vítr, který si s nimi pohrává, odstraňuje všechny tyto drsné hrany. Bez působení větru zůstávají částice hrbolaté a ostré.“
Systém Olympus společnosti ICON je zamýšlen jako víceúčelový konstrukční systém primárně využívající místní lunární a marťanské zdroje jako stavební materiály k podpoře úsilí NASA o vytvoření trvalé přítomnosti na Měsíci. ICON již využívá svou pokročilou technologii 3D tisku k výstavbě domů na Zemi.
„Není možné posílat tradiční pozemské stavební zařízení a materiály na Měsíc,“ řekl Jacobsen. „Náklad by byl příliš těžký.“ Tento plán je tedy mnohem praktičtější. Tak jako byly první cihly na Zemi vyrobeny z pozemské půdy, budou první cihly na Měsíci vyrobeny z půdy měsíční.“
Simulované vzorky půdy
Gardner a Abbott v současnosti používají různé mikroskopické techniky k analýze osmi měsíčních simulantů, umělé měsíční půdy, která je navržena tak, aby napodobovala skutečnou a syntetickou plagioklasu, která je hlavní složkou měsíční horniny. Poté tým porovná lunární simulátory se skutečnými vzorky shromážděnými z misí Apollo.
Vědci si zatím všimli obrovských rozdílů mezi lunárními simulanty. V některých minerálech tým detekoval vodík, složku vody, která se v minerálech na Měsíci nevyskytuje. Také hledají minerální nečistoty v simulantech, které se na měsíčním povrchu neočekávají. Tým se pak může zaměřit na materiály a chemické variace, se kterými se stavební procesy pravděpodobněji setkají.
Foto: Různé vzorky simulantů měsíční půdy v laboratoři. Autor: Shane Collins/Northwestern University/Volný zdroj tiskové zprávy
Po určení variability v realistických vzorcích budou vědci zkoumat, jak může složení nečistot ovlivnit proces tavení používaný v robotické konstrukci. Jakmile se ICON dostane na Měsíc, víceúčelové měsíční konstrukční systémy založené na ISRU naberou měsíční půdu a roztaví ji pro tisk. Po vytištění roztavená špína ztvrdne a ochladí se na keramický materiál.
„Na Zemi můžete sbírat hlínu a vypalovat ji v peci, abyste mohli vyrábět keramiku,“ řekl Jacobsen. „Vlastnosti měsíční půdy jsou ale takové, že je třeba ji nejprve roztavit. Různé minerály v měsíční nečistotě tají různou rychlostí, takže proces 3D tisku je velmi citlivý na změny v mineralogii.“
A samozřejmě žádný vzorek není stejný. Jedna odměrka měsíční nečistoty může mít jiný bod tání než další odměrka. Technologie 3D tisku musí být dostatečně svižná, aby věděla, jak zacházet s těmito jemnými rozdíly. Zde přichází na řadu Jacobsenova knihovna vzorků. Tím, že 3D tiskárna může být připravena na všechny potenciální kompozice, může provádět diagnostiku každé naběračky a poté upravit její parametry laseru pro ohřev a chlazení.
„Bez pochopení vlastností půdy je obtížné porozumět variabilitě finálních tištěných materiálů,“ řekl Jacobsen. „Pomocí knihovny, kterou vytvoříme ze simulantů, křížově zkontrolovaných s měsíční půdou, bude tiskárna vědět, jak zpracovat každý kus, aby vyrobila tu nejlepší keramiku. Tato podrobná knihovna informací bude hrát roli v tom, že se domnělá základna stane realitou.“
Pitná voda je vzácným zdrojem pro mnoho zemí a regionů po celém světě. Podle článku publikovaného v Nature Water, nyní může nový systém odsolování podzemní vody pomoci mnoha lidem v přístupu k čisté a čerstvé pitné vodě za mnohem nižší cenu. Vědci vyvinuli technologii na solární pohon, která přeměňuje slanou vodu na čistou pitnou vodu bez nebezpečných nemocí přenášených vodou.
Pokud jsou jejich tvrzení pravdivá, pak to může představovat obrovský krok k poskytování spolehlivé a bezpečné vody rozvojovým zemím a dalším.
Přístup k čisté vodě je něco, co ve vyspělém světě považujeme za samozřejmost. Většina z nás sotva přemýšlí o tom, zda voda tekoucí z našich kohoutků, voda, která se objeví téměř okamžitě, je bezpečná nebo ne. To však neplatí pro všechny. Ve skutečnosti asi 40% světové populace nemá přístup k dostatečnému množství čisté vody. Ještě horší je, že UN-Water odhaduje, že přibližně 4 miliardy lidí trpí vážným nedostatkem vodyalespoň jeden měsíc v roce. A s rostoucí klimatickou krizí se tento problém bude jen zhoršovat.
Potřeba nových metod pro poskytování čisté a spolehlivé vody ohroženým zemím a regionům jako taková stále roste. Ale nejnovější výzkum z King’s College London může nabídnout určitou míru naděje v tomto úsilí.
Tým ve spolupráci s MIT a Helmhotzův institut pro systémy obnovitelné energie vytvořil nový systém, který pomocí solární energie produkuje konzistentní množství vody. Podle jejich nové studie je tento proces o více než 20%levnější než tradiční metody a lze jej použít na venkově po celém světě. To je docela silné tvrzení a zní to jako akt moderní alchymie.
„Tato technologie může rozšířit zdroje vody dostupné komunitám nad rámec tradičních,“ řekl Dr. Wei He, senior lektor inženýrství na King’s College v Londýně v prohlášení , „a poskytnutím vody z nekontaminovaných solných zdrojů může pomoci v boji proti nedostatku vody nebo neočekávaným mimořádným událostem. když jsou přerušeny konvenční dodávky vody, například jako nedávné propuknutí cholery v Zambii.“
Jak to tedy funguje? Nový systém využívá specializované membrány k usměrňování iontů soli do proudu solanky. Tu lze následně oddělit od vody a zanechat ji čerstvou a pitnou.
A co víc, tým vyvinul způsob, jak flexibilně upravit napětí a rychlost, kterou slaná voda protéká systémem. To jim umožnilo přizpůsobit se jakémukoli slunečnímu záření, které je k dispozici, aniž by bylo ohroženo celkové množství pitné vody, které produkovalo.
Tým zpočátku shromažďoval informace ve vesnici Chelleru poblíž Hajdarábádu v Indii. Tyto informace pak použili k obnovení stejných podmínek ve vesnici v Novém Mexiku, kde úspěšně přeměnili až 10 kubických metrů sladké vody, dost na to, aby zajistili vodu 3 000 lidí denně. Proces pokračoval bez ohledu na to, zda bylo Slunce zakryto mraky nebo deštěm.
„Tím, že naše technologie nabízí levnou, ekologicky šetrnou alternativu, kterou lze provozovat mimo síť, umožňuje komunitám využívat alternativní zdroje vody, jako jsou hluboké vodonosné vrstvy nebo slaná voda, a řešit tak nedostatek vody a kontaminaci v tradičních dodávkách vody,“ řekl.
„Tato technologie může rozšířit zdroje vody dostupné komunitám nad rámec tradičních a poskytováním vody z nekontaminovaných slaných zdrojů může pomoci bojovat proti nedostatku vody nebo neočekávaným mimořádným událostem, když jsou přerušeny konvenční dodávky vody, například jako nedávné vypuknutí cholery v Zambii.“
Na celém světě je přibližně 56% dostupné podzemní vody slané a nevhodné k pití. Tento problém je obzvláště závažný v místech, jako je Indie, kde 60 % půdy obsahuje slanou vodu. Tento nový systém tedy nabízí naději na úsilí o bezpečné a cenově dostupné odsolování vodních zdrojů.
Většina technologií odsolování používá drahé baterie v systémech mimo síť nebo spotřebovává mnoho energie prostřednictvím mřížkových systémů k odstranění obsahu solí z vody. To je drahé a nespolehlivé, zejména ve venkovských oblastech v rozvojových zemích. Zde se fosilní paliva často používají k pohonu generátorů, což poškozuje životní prostředí.
Tento nový nízkonákladový systém, který je „bateriový“, nabízí nové a udržitelné způsoby odsolování vody, které zbavují jednotlivé spotřebitele tlaku na údržbu.
Dodal: „Odsolování vody bylo tradičně energeticky náročné a nákladné a omezovalo její použití na oblasti se stabilní energií a finančními zdroji. Úplným odstraněním potřeby systému rozvodné sítě a snížením závislosti na technologii baterií o 92% může náš systém poskytnout spolehlivý přístup k bezpečné pitné vodě, zcela bez emisí na místě a se slevou zhruba 22% lidem, kteří ji potřebují ve srovnání s tradiční metody.“
Mimo rozvojové oblasti by nový systém mohl pomoci kompenzovat budoucí problémy způsobené změnou klimatu, zejména v zemědělství. Přestože cílem by mělo být omezení dopadů změny klimatu dohromady, schopnost vyrábět čistou sladkou vodu ze slané vody by mohla pomoci se zavlažováním.
„Sladká voda pro zavlažování je velkým problémem na celém světě, včetně Severní Ameriky, Středního východu a subsaharské Afriky,“ vysvětlil. „Sucho a náklady jsou hlavními lákadly pro průmysl, který se spoléhá na nestabilní zásoby vody, aby přežil, a změna klimatu tyto výzvy dále zhorší.“
„Tím, že zemědělcům poskytujeme udržitelný způsob, jak produkovat sladkou vodu pro zavlažování za sníženou cenu, aniž by byl ohrožen její objem, můžeme jim pomoci snížit náklady, zmírnit emise uhlíku a zajistit zemědělskou produkci a nakonec přenést tyto výhody na spotřebitele.“
Místa jako Spojené království a USA mají stabilnější a diverzifikovanější sítě než většina ostatních zemí, ale stále se spoléhají na fosilní paliva, aby je poháněla. Jako takový by nový systém odsolování mohl pomoci odstranit potřebu spoléhat se na tato paliva a může přispět k našemu úsilí o dosažení čisté nuly.
„Dalším krokem pro nás je aplikovat tuto nízkonákladovou technologii na další odvětví, včetně čištění odpadních vod a výroby alkalických vod, aby byl oceán zásaditější, aby mohl absorbovat více CO 2 z atmosféry,“ uzavřel. „Tímto přístupem můžeme nejen dekarbonizovat zemědělství, ale také širší přínosy pro životní prostředí a klima.“
Je to vůbec nejrychlejší přenos dat pomocí jediného optického vlákna, který ukazuje, jak rychlý může být proces s použitím současných materiálů. Astonská univerzitave Spojeném království, je podle zprávy regulační skupiny Ofcom, zveřejněné v září 2023, průměrná rychlost širokopásmového připojení v zemi asi 70 megabitů za sekundu (Mb/s).
V této aréně jsou světové rekordy stanoveny rychlostí 319 terabitů za sekundu (TB/s) a o rok později byly překonány rychlostí jeden petabit za sekundu (petabit je jeden milion gigabitů). Samozřejmě, že tento rekord je opět překonán jiným, který dosahuje téměř děsivých 22,9 petabitů za sekundu, a tak dále a tak dále.
Ale pro tyto super-rychlé přenosy dat použili inženýři několik optických vláken. Nyní se výzkumníkům z Astonské univerzity ve spolupráci s výzkumníky z Nokia Bell Labs v USA a Národního institutu informačních a komunikačních technologií (NICT) v Japonsku podařilo vymáčknout působivých 301 TB/s prostřednictvím jediného standardního optického kabelu.
Tohoto výkonu dosáhli použitím dalších pásem vlnových délek, které existují v kabelech z optických vláken, ale v současné době se nepoužívají pro přenos, čímž vytvořili světový rekord pro data zasílaná tímto způsobem. V současné době se přenosy optickými vlákny spoléhají na C- a L-pásma. Ale výzkumný tým přišel na způsob, jak posílat stabilní data přes koexistující E- a S-pásma pro výrazné zvýšení rychlosti.
„Taková pásma tradičně nebyla vyžadována, protože C- a L-pásma by mohla poskytnout požadovanou kapacitu pro uspokojení potřeb spotřebitelů,“ řekl výzkumník Ian Phillips. „Během posledních několika let Aston University vyvíjela optické zesilovače, které pracují v pásmu E, které v elektromagnetickém spektru sousedí s pásmem C, ale je asi třikrát širší. Před vývojem našeho zařízení nikdo nedokázal správně napodobit kanály E-pásma kontrolovaným způsobem.“
Aby se stabilizoval přenos přes tato přídavná pásma, tým vyvinul nové typy optických zesilovačů a ekvalizérů optického zisku, části vybavení, které zesilují a upravují paprsky světelných toků přenášejících data, které procházejí kabely z optických vláken. Protože jejich technika využívá již dostupnou, ale v současnosti nevyužitou, kapacitu v kabelech, vědci se domnívají, že řešení by mohlo být cenově dostupným a ekologicky šetrným způsobem, jak otevřít více pruhů na informační superdálnici.
„Růst kapacity systému využitím většího množství dostupného spektra, nejen konvenčního C-pásma, ale i dalších pásem, jako jsou L, S a nyní pásma E, může pomoci snížit náklady na poskytování této šířky pásma,“ řekl Wladek Forysiak, výzkumník.
„Je to také „zelenější řešení“ než nasazování většího množství nových vláken a kabelů, protože více využívá stávající nasazenou optickou síť, zvyšuje její kapacitu pro přenos dat a prodlužuje její životnost a komerční hodnotu.“
Tým, který podle New Scientist vytvořil nejpřesnější známé hodiny, překonal svůj vlastní rekord. Nejpřesnější hodiny na světě ztratí méně než 1 sekundu každých 40 miliard let, což je přibližně trojnásobek současného stáří vesmíru.
I když takové extrémní měření času přímo nepotřebujeme, hodiny by mohly pomoci při vyšetřování v mnoha oblastech fyziky, včetně detekce temné hmoty.
Slunce může žít a zemřít čtyřikrát a tyto hodiny by stejně ztratily jedinou sekundu. Zařízení je známé jako optické mřížkové hodiny, popsané v preprintu, který ještě musí projít recenzním řízením a používá 40 000 atomů stroncia zachycených v jednorozměrné mřížce. Atomy jsou udržovány jen o zlomek stupně nad absolutní nulou a tikání těchto hodin je přechodem mezi specifickými energetickými hladinami pro elektrony v tomto atomu.
Tým již léta vyvíjí optické atomové hodiny a dosahuje přesnosti, která je u běžných atomových hodin, které využívají atomy cesia, nemožná. Přesto za posledních několik let tým pokročil v omezování nejistot a systematických efektů, aby dále zlepšil přesnost tohoto zařízení.
Hodiny postavil postgraduální student JILA, Alexander Aeppli, jeden z týmu výzkumníků, kteří pracují na nejpřesnějších hodinách na světě. V laboratoři JILA a člena NIST Juna Ye, se Aeppli zaměřuje na zdokonalování stronciových atomových hodin pomocí výkonných ultrastabilních laserů. „Laser řídí elektronický přechod ve stronciu,“ vysvětlil Aeppli. „A my se chceme ujistit, že tento přechod uvnitř stroncia je přesný.“
Možná se ptáte, jak přesné to můžete. Tým si myslí, že může jít ještě dál. Doufají, že dosáhnou 10krát přesnějších měření a možná by dokonce mohli dosáhnout úrovní 100krát přesnějších. Dokázali zlepšit svou přesnost o faktor 10 během pouhých několika let, takže se zdá, že jejich sebedůvěra je na správném místě.
Očekává se, že tyto hodiny přinesou novou definici, která již nebude založena na nejlepších atomových hodinách, ale na jednom z těchto zařízení. Ale to není jediné vědecké využití těchto zařízení s neuvěřitelnou přesností, čekají nás objevy daleko za hranice času.
„Pokud se dostaneme do časů citlivých na velmi malé zakřivení časoprostoru, budou na nás čekat velmi zajímavé objevy,“ řekl hlavní autor profesor Jun Ye, když bylo oznámeno, že získal cenu za průlom základní fyziky v roce 2022.
Atomové hodiny jsou již citlivé na relativistické efekty, ale citlivost optických mřížkových hodin je 1000krát vyšší, což znamená, že je lze použít k měření gravitace jako nikdy předtím a také k testování naší teorie gravitace, obecné teorie relativity, na přísnější limit. Pokud by ani to již nebylo cool, mohly by být tyto hodiny použity ke studiu temné hmoty.
Článek popisující výsledky byl publikován v pteprintu na Arxiv.
Foto: Joe McNally/National Ignition Facility (NIF)/Volný zdroj
Třicet centimetrů silné betonové dveře vedou do centrální cílové komory National Ignition Facility (NIF), výzkumného centra v hodnotě 3,5 miliardy dolarů věnované studiu jaderných zbraní. Zařízení připomínající bludiště je hlučné díky zvuku vrčících ventilátorů, výbuchy a příležitostně i pípáním.
Každé z gigantických dveří bylo pokryto betonem injektovaným borem, prvkem známým pro svou schopnost absorbovat vysokoenergetické neutrony, které vycházejí z komory v důsledku výbušných experimentů, které se tam odehrávají.
Přesné mechanismy, které bude W93 používat, jsou státním tajemstvím a v této fázi neznámé, protože o detailech návrhu se teprve musí rozhodnout.
„Pokud se vám tato zdá povědomé,“ říká teoretická chemička Heather Whitley, přidružená programová ředitelka NIF pro vědu o vysoké energetické hustotě, „může to být proto, že jste viděli Star Trek do temnoty .“ Filmaři použili komoru, která je obklopena hadovitými trubkami a složitými elektronickými senzory, jako záskok pro jádro warpu hvězdné lodi Enterprise.
NIF je mnohem víc než jen nejdražší filmová rekvizita na světě. Centrální cílová komora se nachází mezi dvěma budovami o velikosti fotbalového hřiště v areálu Lawrence Livermore National Lab v severní Kalifornii. Obrovská modrá koule obsahuje největší a nejvýkonnější laser na světě. Vědci mohou zaměřit 192 jednotlivých ultrafialových laserových paprsků na cíle, které nejsou větší než zrnka pepře. Cíle implodují silou miniaturního jaderného výbuchu. Když k tomu dojde, na zlomek sekundy se terč stane nejteplejším místem ve sluneční soustavě s teplotami přesahujícími 100 milionů stupňů Fahrenheita a tlaky 100krát hustšími než olovo.
Foto: David Butow/National Ignition Facility v laboratoři Lawrence Livermore/Volný zdroj
Cílová komora v National Ignition Facility v laboratoři Lawrence Livermore má vstupy pro téměř 200 laserových paprsků a je klíčovou testovací oblastí pro jaderný vývoj.
Jediné zařízení schopné provádět takové experimenty, NIF, umožnilo vědcům propagovat fúzní energii, zkoumat podmínky v útrobách hvězd a odpovídat na otázky o složitých fyzikálních procesech, ke kterým dochází, když vybuchne jaderná hlavice. Tato data se nyní stala o to důležitější, že námořnictvo, ministerstvo obrany a Národní správa jaderné bezpečnosti Ministerstva energetiky (NNSA) plánují postavit novou hlavici nazvanou W93.
(Jaderné zbraně jsou pojmenovány podle pořadí, ve kterém jsou koncipovány, což z nich dělá 93. návrh zvažovaný Spojenými státy.)Bude to první nová jaderná zbraň za více než třicet let a bude první, kterou vědci kdy dokázali postavit bez možnosti jeho testování. To proto, že od roku 1996 se Spojené státy účastní téměř celosvětové smlouvy o úplném zákazu zkoušek, která zakazuje odpalování jaderné hlavice kdekoli na světě pro vojenské nebo vědecké účely.
Očekává se, že vývoj W93 bude stát zhruba 15 miliard dolarů a hlavice by měla být připravena k nasazení někdy v příštím desetiletí. Program byl poprvé oznámen v roce 2020 během Trumpovy administrativy a jeho předběžné designové studie mají být dokončeny letos v říjnu. Což znamená, že Spojené státy nyní zahájily svůj první nový projekt jaderných zbraní od konce studené války.
Úředníci cítí jistotu, že desítky let výzkumu a simulací jim umožní vyrobit hlavici bez přílišných problémů. „Díky těmto počítačovým modelům a experimentům jsme se naučili tolik o tom, jak skutečné zbraně fungují,“ říká Frank Rose, hlavní zástupce administrátora NNSA. „Máme vysoký stupeň důvěry, že dokážeme navrhnout, postavit a udržovat tuto novou hlavici W93, aniž bychom se uchylovali k novým výbušným jaderným testům.“
Ale ne každý je přesvědčen, zvláště když vezmeme v úvahu, že ve skutečnosti věci téměř vždy fungují jinak než v modelech. „Považuji to za nesmírně znepokojivé,“ říká Geoff Wilson, politický analytik z Centra pro kontrolu a nešíření zbraní. „Jsem si jistý, že lidé z národních laboratoří řeknou: „Ach, tyhle věci neustále testujeme. A jsem si jistý, že jsou to neuvěřitelné simulace.“ Přesto se vojenské programy pro věci, jako jsou nové stíhačky, často zpožďují a překračují rozpočet, protože inženýři zjistí, že jejich součásti nefungovaly tak, jak byly původně navrženy. Wilson tedy říká, že „otázka testování je skutečná“.
V závislosti na své konstrukci je jaderná hlavice dlouhá 150 až 365 cm a má obvykle kuželovitý tvar. Většina výbuchů je způsobena chemickými reakcemi, při kterých nějaký druh aktivační energie, řekněme zapálení pojistky na tyči dynamitu, přeruší existující chemické vazby mezi atomy a způsobí, že se elektrony na vnější straně atomů přeskupí. Jak se tyto atomy rozpadají a vytvářejí nové chemické vazby, proces uvolňuje energii ve formě tepla a plynu, které se rychle rozpínají v tom, co známe jako exploze.
V jaderných zbraních však nerušíte vazby pouze mezi atomy, ale uvnitř nich. Při štěpení se protony a neutrony v jádře atomu rozpadají (odtud výraz „rozdělení atomu“). Síla přitažlivosti mezi protony a neutrony je o mnoho řádů větší než mezi elektrony a jádrem, a proto štěpení vytváří tak silnou explozi.
Tato zlatá součástka, velká asi jako guma na tužku, je jedním z cílů používaných uvnitř National Ignition Facility. Během testování může být bombardován 192 laserovými paprsky. Některé cíle v komoře mohou dosáhnout 100 milionů stupňů Fahrenheita.
První jaderná bomba, Little Boy, svržená na Hirošimu, použila proces štěpení k vytvoření exploze. Abyste přerušili silné přirozené vazby mezi protony a neutrony, musíte začít s tím, co je známé jako štěpný materiál, izotopy, které mohou být bombardovány neutrony, absorbovat je, stát se nestabilními a štěpit se. To spustí řetězovou reakci a masivní explozi.
Během sedmi let po Hirošimě výzkumníci aktualizovali jaderné hlavice tak, aby zahrnovaly fúzi i štěpení, což mělo za následek potenciálně ještě ničivější výbuch. Novější zbraň exploduje ve dvou fázích: Za prvé, konvenční výbušnina rozdrtí dutou kouli plutonia na kritickou hustotu, což způsobí štěpení. Energetické rentgenové paprsky emitované během prvního stupně prostřednictvím série kroků umožňují izotopům vodíku nazývaným deuterium a tritium ve druhém stupni překonat jejich přirozené elektrostatické odpuzování a spojit se, uvolňovat kolosální množství energie a další neutrony, které podporují štěpení. exploze. Z tohoto důvodu byly tyto zbraně nazvány vodíkové bomby.
První test vodíkové bomby odpálené na atolu Eniwetok na Marshallových ostrovech v roce 1952 vyvolal explozi odpovídající sedmi stovkám výbuchů v Hirošimě. Bojové hlavice W76 a W88, které jsou v současnosti rozmístěny na amerických ponorkách, jsou o něco menší. Mají sílu „jen“ šesti, respektive dvaceti osmi hirošimských výbuchů.
První živé testy jaderných zbraní sloužily několika účelům. Test Trinity z roku 1945, vůbec první provedený, byl nezbytný pro vědce, aby věděli, že jejich nové zařízení bude skutečně fungovat podle plánu, a také jim poskytl první pohled na účinky jaderného výbuchu. Když se výbuch uvolnil, uvolnil sílu odpovídající 18 600 tunám dynamitu, spojil písek v poušti Nového Mexika do skla a podle pozorovatelů rozsvítil oblohu „jako slunce“.
Spojené státy provedly 1053 následných jaderných testů s různým stupněm zničení. Bylo to hlavně proto, abychom lépe porozuměli různým konstrukcím zbraní, tomu, jak mocný každý bude, a zda by bylo možné použít jaderné zbraně ve spojení s vojáky na bojišti.
Američtí vojáci přihlížejí během živého testu atomové bomby v poušti u Las Vegas v roce 1951. Bylo to poprvé, kdy byli vojáci zaměstnáni při manévrech, kde byla použita atomová zbraň.
Ačkoli většina hlavic byla odpálena v odlehlých oblastech, jako jsou ostrovy a pouště, živé testování bylo stále neuvěřitelně škodlivé pro lidi a životní prostředí. Test Bravo z roku 1954 na atolu Bikini na Marshallových ostrovech byl nakonec téměř třikrát větší, než fyzici předpovídali a důsledky byly dalekosáhlé. Radiační otrava zasáhla nejen posádku japonské rybářské lodi poblíž radioaktivní zóny, ale také obyvatele Rongelap a Utirik, dvojice atolů 160 a 480 km na východ. Silné testy zanechaly mnoho ostrovů neobyvatelných a vytvořily radioaktivní spad, který setrvával v atmosféře po dlouhou dobu.
V 60. letech 20. století studie ukázaly, že v celých USA a ve světě dětské mléčné zuby obsahovaly 50násobek normální hladiny radioaktivního stroncia-90, vedlejšího produktu hlavic, čímž se u nich zvýšilo riziko rakoviny kostí. Z těchto důvodů Spojené státy v roce 1963 přešly na podzemní testování, kde bylo možné výbuchy zadržet v hlubokých dírách a sledovat je vědeckými přístroji. Již tehdy podzemní testy vedly ke kontaminaci půdy a podzemních vod a vypouštěly radiaci do atmosféry, kam ji často odnášel vítr.
Poslední americký jaderný test, známý pod kódovým označením Divider, proběhl 23. září 1992, ačkoli v té době nikdo nevěděl, že to bude poslední živý test národa. Poháněn lobbingem od odzbrojovacích skupin schválil Kongres v červnu 1993 dočasné moratorium na testy jaderných zbraní. O několik let později USA trvale zastavily živé testování, když se připojily k většině jaderných zemí a podepsaly Smlouvu o úplném zákazu zkoušek.
Navzdory skutečnosti, že USA nevyhodily do povětří žádnou jadernou hlavici za více než tři desetiletí, vojenští experti jsou přesvědčeni, že W93 bude fungovat podle plánu. Data shromážděná z více než tisíce živých atomových testů, ke kterým došlo před zavedením zákazu, jsou uložena na klasifikovaných magnetických páskách v laboratořích Lawrence Livermore Labs. Slouží jako základ komplexních superpočítačových simulací, které dokáží podrobně prozkoumat procesy jaderného výbuchu. Ty jsou prováděny v rámci Stockpile Stewardship Program, iniciativy vycházející z Livermore a dalších zbrojních laboratoří po celých Spojených státech, jejímž úkolem je určit, jak náš stávající arzenál stárne v průběhu času.
Předpovídání toho, jak bude jaderná hlavice fungovat při výbuchu, vyžaduje pochopení materiálových vlastností plutonia, jednoho z nejpodivnějších a nejzáhadnějších prvků v periodické tabulce. Plutonium je to, co je známé jako štěpný materiál, prvek, který je schopen podstoupit reakce, při kterých se atomy štěpí, a používá se v jádru jaderných hlavic. Je to také prvek v přírodě tak vzácný, že množství potřebné pro atomovou bombu se musí vyrobit. Nedostatek plutonia je také důvodem, proč toho moc nevíme o tom, jak se v průběhu času mění nebo degraduje – informace, která je životně důležitá pro zajištění toho, aby náš současný atomový arzenál nebyl plný šmejdů.
Existuje určitá debata o tom, zda dutá plutoniová jádra hlavic, která pohánějí explozi, známá jako jámy, musí být pravidelně vyměňována za novější jámy. Nezávislé hodnocení v roce 2007 od vědecké poradenské skupiny JASON dospělo k závěru, že plutoniová jádra W76 a W88 by měla být dobrá nejméně jedno století. Studie z Livermore z roku 2012 podpořila tato zjištění a neidentifikovala žádné neočekávané problémy se stárnutím po dobu 150 let, i když obhajovala další výzkum, který by porozuměl procesu stárnutí důlků.
Vládní představitelé nesouhlasí. „Nemůžete udělat paušální prohlášení jako: ‚Jámy jsou dobré na 80 až 100 let‘,“ říká Marvin Adams, jaderný inženýr a zástupce administrátora NNSA pro obranné programy. „Záleží na systému a na prostředí. Cokoli říkáme o životnosti 80 až 100 let, je extrapolační tvrzení. Nikdy jsme neviděli 100 let staré plutonium, že? Začali jsme to vyrábět ve čtyřicátých letech.“
V NIF vědci studovali, jak plutonium reaguje na různé extrémy teploty a tlaku, což jim dává lepší představu o tom, jak by mohlo stárnout uvnitř hlavice. Jiné experimenty poskytují pohled na to, jak energie proudí z jaderné detonace nebo zda hlavice vystavená radiaci, řekněme z nepřátelské hlavice, může stále fungovat, a pokud ano, jak dobře.
Ne všechny výzkumy jsou teoretické. V Dual-Axis Radiographic Hydrodynamic Test Facility (DAHRT) v Los Alamos National Laboratory v Novém Mexiku umisťují inženýři modely plutoniových jam, které mají stejnou velikost jako skutečná věc (přibližně tak velké jako bowlingová koule) a vyrobené z kovů podobnou hustotu, jako je olovo nebo tantal, uvnitř speciální komory. Někdy se používá samotné plutonium, ale vždy v dostatečně nízkém množství, aby ve skutečnosti nespustilo jadernou řetězovou reakci a nevybuchlo. Chemické výbušniny jsou odpáleny kolem modelu jámy a vytvářejí rázovou vlnu, která se pohybuje dovnitř nadzvukovou rychlostí. Testovací jámy se zahřejí a implodují. Obrovský rentgenový přístroj zároveň pořizuje vysokorychlostní snímky modelů plutoniových jam. Při pohledu na obrázky si vědci mohou položit otázku, zda se výsledná imploze chovala tak, jak očekávali, říká Adams. Porovnáním těchto snímků s klasifikovanými superpočítačovými simulacemi jaderných detonací mohou vědci určit, jak může budoucí hlavice vybuchnout.
Je zřejmé, že cílem Smlouvy o úplném zákazu zkoušek bylo zabránit šíření jaderných zbraní, a ne pouze testování nových. Plány na výrobu nové jaderné zbraně představují odchylku od ducha smlouvy, říká Lisbeth Gronlundová, expertka na kontrolu jaderných zbraní a teoretická fyzička z Massachusettského technologického institutu.
Ale americká armáda věří, že to může a mělo by být provedeno. Jaderné zbraně jsou páteří naší vojenské strategie, která spočívá na konceptu vzájemně zajištěného zničení, pokud jde o konflikt s jinými jaderně vyzbrojenými protivníky. V květnu 2023 Rusko umístilo malé jaderné zbraně (nazývané „taktické“ jaderné zbraně) v Bělorusku jako součást své invaze na Ukrajinu. Zároveň zrušila ratifikaci Smlouvy o úplném zákazu jaderných zkoušek. (USA i Čína smlouvu podepsaly, ale nikdy ji neratifikovaly.) A satelitní snímky zaznamenaly významný nárůst aktivity na bývalém sovětském jaderném testovacím místě zvaném Novaja Zemlya v Severním ledovém oceánu, což naznačuje, že by se Rusové mohli připravovat na nový jaderný test. Čína mezitím vybudovala stovky nových raketových zbraní. Zatímco některé z nich mohou být návnady, Pentagon věří, že Čína má v úmyslu během příští dekády zvýšit svůj jaderný arzenál ze 400 hlavic na 1500.
Foto: Maxar/FAS/fas.org/publication
Čína buduje stovky nových jaderných raketových zbraní a často je ukrývá pod dočasnými strukturami. Vědci a obranní analytici se domnívají, že nahromadění je známkou toho, že země rozšiřuje svůj program jaderných zbraní.
Historicky Spojené státy udržovaly až 31 255 hlavic a v současnosti jich mají jen něco málo přes 5 000. Přesto, pokud Rusko nebo Čína začnou získávat výhody ve své zbrojní technologii, musí USA vyvinout své vlastní nové zbraně jako protiopatření, říká Adams. „Udělali jsme desítky let, aniž bychom se toho moc změnili,“ říká. Nejmladší hlavice v našem stávajícím arzenálu jsou nyní staré více než tři desetiletí. Jsou uloženy na ponorkách, v raketových silech hluboko pod zemí a na leteckých základnách po celé Evropě, obvykle s vypnutými elektronickými součástkami. Bez pravidelné aktualizace existuje možnost, že takové díly mohou selhat, jakmile je bude nutné použít. Představte si, že z garáže vytáhnete notebook z 90. let. Věřili byste, že se okamžitě zapne?
Přesné mechanismy, které bude W93 používat, jsou státním tajemstvím a v této fázi neznámé, protože o detailech návrhu se teprve musí rozhodnout. Projekt však bude zahrnovat nový aeroshell, kónický hrot projektilu, ve kterém je umístěna hlavice, nazvaný Mark 7 (Mk7), který má být méně náchylný k náhodné detonaci než současné rakety námořnictva odpalované z ponorek. Chemická výbušnina, která zahajuje proces exploze hlavice, má také menší pravděpodobnost, že vybuchne náhodně.
Naštěstí žádná atomová hlavice neexplodovala neúmyslně, ale došlo k několika blízkým hovorům. V roce 1966, poté, co se dvě americká vojenská letadla srazila u pobřeží Španělska, tři jaderné zbraně vypadly a dopadly na zem, zatímco jedno spadlo do Středozemního moře. Nejaderné výbušniny uvnitř dvou ze tří, které dopadly na zem, explodovaly poblíž rybářské vesnice a rozprášily radioaktivní plutonium po farmách a polích.
Jakékoli změny provedené na W93 oproti předchozím návrhům budou pravděpodobně přírůstkové. Matt Korda, vedoucí výzkumný pracovník pro projekt Nuclear Information Project ve Federaci amerických vědců, říká, že inženýři by mohli vyměnit dva různé stupně vodíkové hlavice v raketě. „Ale chápu, že by to pravděpodobně nebyla revoluční změna.“ NNSA ve skutečnosti prohlásila, že W93 bude z velké části založen na již existujících designech, aby pomohl zajistit, že bude fungovat podle plánu. „Tady není třeba zacházet do složitého prostoru designu,“ říká Adams. „Zůstaneme přímo v naší komfortní zóně, kde máme spoustu testovacích dat.“
Mohl by vývoj W93 signalizovat návrat k živému testování? Technicky by USA mohly explodovat jaderné hlavice ve vzduchu nebo na zemi, kdykoli by chtěly. Ačkoli prezident Clinton podepsal smlouvu o zákazu zkoušek v polovině 90. let, rozhodnutí Senátu ji neratifikovat otevírá USA dveře k odstoupení od paktu.
„I když nemáme žádné plány na obnovení jaderných zkoušek, Kongres od nás požaduje, abychom zachovali schopnost obnovit jaderné zkoušky, pokud nás prezident nařídí,“ říká Rose z NNSA. „Tato administrativa se však vyjádřila velmi jasně: Z technického důvodu se nemusíme vracet k jaderným zkouškám.“
Nový jaderný test provedený Spojenými státy by se pravděpodobně dočkal širokého odsouzení. „Bylo by to neuvěřitelně kontroverzní,“ říká Korda. „Mělo by to velmi významné dopady jak v tuzemsku, tak i v mezinárodním prostoru. USA se nedávno zabývaly aktivitami na ruských a čínských testovacích místech. Pro USA by bylo velmi obtížné kritizovat tyto ostatní země za jejich nedostatečnou transparentnost ohledně jejich testovacích aktivit, pokud by USA pokračovaly a dělaly své vlastní testování.
Nikdo nemůže vrátit čas v atomovém věku. Tyto zbraně tu zůstanou a pokud udržení jejich použití na uzdě vyžaduje stavbu nových a stále lepších hlavic, tak to udělají entity, které mají na starosti naši národní bezpečnost. Převládající nadějí je, že navzdory času, nákladům a úsilí vynaloženým na vybudování něčeho jako W93, Spojené státy nikdy nebudou muset přerušit svou 30letou šňůru, kdy nic ve svém arzenálu neodpálí.
Pod horami v jihozápadní Číně se právě otevřela nejhlubší a největší podzemní laboratoř na světě. Toto rozsáhlé naleziště je domovem vědců, kteří se věnují lovu temné hmoty, píše Science times.
Výzvy při odhalování temné hmoty
V obrovském vesmíru se velikost viditelné hmoty liší od prachového zrna po planetu nebo mlhovinu. Bez ohledu na to, jak masivní vypadají, tvoří pouze asi 5 % celkové hmotnosti vesmíru, zbývajících 95 % tvoří temná hmota a temná energie.
Temná hmota je hypotetická látka, která by mohla být zodpovědná za organizaci galaxií ve velkém měřítku. Je to neviditelná součást vesmíru, jejíž přítomnost lze rozeznat pouze podle gravitační přitažlivosti spíše než z jeho svítivosti.
Je těžké přímo detekovat temnou hmotu, protože je velmi malá pravděpodobnost, že bude interagovat s viditelnou hmotou. Kromě toho všudypřítomné kosmické záření také značně zasahuje do úsilí fyziků o detekci temné hmoty.
Z tohoto důvodu musí být úsilí o detekci temné hmoty prováděno s laboratoří, která dokáže odstínit kosmické záření a poskytnout výzkumné prostředí a zařízení s mělkým radiačním pozadím. USA, Japonsko a další evropské země vybudovaly podzemní laboratoře, které tento požadavek splňují.
Rekordní výzkumné zařízení
V roce 2009 začaly Tsinghua University a Yalong River Hydropower Development Company, Ltd. stavět první fázi China Jinping Underground Laboratory ( CJPL ). Bylo to asi 1,5 míle ( 2 400 metrů) pod horou Ťin- pching v autonomní prefektuře Liangshan Yi v Sichuanu .
Projekt první generace, nazvaný CJPL -I, byl dokončen a uveden do provozu na konci roku 2010. Má kapacitu místnosti téměř 4 000 m3. Laboratoř je kvůli své tlusté stěně vystavena jen nepatrnému toku kosmického záření, což je pouhá stomiliontina toho, co se nachází na povrchu. Tento projekt také povýšil experimenty přímé detekce temné hmoty v zemi na pokročilou úroveň na globální scéně.
Vzhledem k rostoucímu seznamu úspěchů v první fázi CJPL se úřady domnívaly, že výzkumníci potřebují více prostoru k provádění dalších studií. V roce 2014 se Yalong River Hydropower Development Company, Ltd. a Tsinghua University dohodly na vybudování druhé fáze s rozšířenou kapacitou místnosti asi 330 000 kubických metrů.
Druhá fáze projektu, zařízení na pozadí hlubokého podzemí a ultra-nízkého záření pro hraniční fyzikální experimenty (DURF), je oslavováno jako největší a nejhlubší ultračistý podzemní prostor pro vědecký výzkum. Je tam umístěno celkem 10 týmů z různých univerzit a výzkumných institucí, aby odhalily jednu z největších záhad vesmíru.
Stavba zařízení začala v prosinci 2020 a skončila v prosinci 2023. Překonala dosavadní rekord nejhlubší a nejrozsáhlejší podzemní výzkumné laboratoře Laboratori Nazionali del Gran Sasso v Itálii. Aby bylo zajištěno co nejčistší prostředí pro DURF, museli stavitelé splnit požadavky na extrémně nízkou radiaci prostředí, ultranízký tok kosmického záření, ultračistý prostor a nedostatečnou koncentraci radonu. Kromě toho musí mít všechny materiály a vybavení také radiaci pozadí menší než trojnásobek úrovně radioaktivity hornin obklopujících jeskyni.
Očekává se, že jako hlavní čínský národní projekt se zařízení vyvine v platformu světové třídy integrující několik disciplín, jako je jaderná astrofyzika, fyzika částic a vědy o živé přírodě.
Vloni společnost SpaceX provedla 96 startů raket Falcon a Falcon Heavy, kromě toho dvakrát vypustila systém Starship. Rodina Falconů překonala rekord Sojuzu jako nosná raketa s největším počtem misí v období 365 dnů (více než šedesát misí), i když v roce 2022 již překonala rekord, který sovětský Sojuz-U vytvořil v roce 1979 se 47 misemi za kalendářní rok, píše Daniel Marín na svém blogu Eureca, věnovanému vesmíru.
Všechny starty Falconu v roce 2023 byly úspěšné, stejně jako návraty jednotlivých stupňů a Falcon Heavy, který v roce 2023 uskutečnil pět misí, již vynesl na oběžnou dráhu více užitečného nákladu než 13 startů Saturnu V.
Když už mluvíme o užitečném zatížení, společnost SpaceX umístila na oběžnou dráhu téměř 80 % všech užitečných nákladů vypuštěných na celém světě (hlavně v Číně, protože v roce 2023 proběhlo jen málo těžkých startů od jiných států nebo organizací). I když je pravda, že drtivou většinu této hmotnosti tvořily družice Starlink.
Jak jsme již uvedli, všechny stupně Falconu úspěšně přistály – s výjimkou jaderných stupňů Falconu Heavy, které nebyly připraveny k opakovanému použití. Stupeň B1058 překonal rekord v opakovaném použití s 19 misemi.
Tato čísla je důležité strávit, protože stupeň B1058 uskutečnil oněch 19 misí za pouhé tři roky, a neměli bychom zapomínat, že existuje mnoho nosičů, které za svou kariéru tolikrát neodstartovaly (například čínský CZ-5 má na kontě deset startů od roku 2016). Takže pouze B1058 za svou kariéru vynesl na oběžnou dráhu 860 družic a 260 tun nákladu.
Díky SpaceX vypadá dosažení těchto čísel snadné a člověk má dojem, že si etapy vymýšlí už desítky let, ale nezapomínejme, že první úspěšné přistání nosné rakety Falcon 9 se uskutečnilo teprve před více než osmi lety. A teprve v březnu 2017 se jí podařilo znovu použít stupeň.
Od té doby společnost SpaceX uskutečnila 262 přistání (205 úspěšných přistání na pobřežních lodích). 188 úspěšných přistání celkem a 269 úspěšných startů v řadě. A tempo startů je tak rychlé, že v době, kdy budete číst tyto řádky, budou výše uvedená čísla s největší pravděpodobností zastaralá.
Nejbližším cílem společnosti SpaceX nyní je, aby každý stupeň vydržel až čtyřicet misí bez drastických revizí a nezapomínejme na spolehlivost. Ačkoli se jí nedaří pravidelně je zachytávat před dopadem na hladinu oceánu pomocí obřích síťových člunů, SpaceX je nadále sbírá z moře a znovu používá a nashromáždila již více než 300 opakovaných použití cívek. Podle SpaceX jí každé zpětné využití ušetří 6 milionů dolarů (cca 136 502 000.- Kč). Na jeden start to není mnoho, ale když jich máte desítky, úspora je značná.
Na druhou stranu SpaceX pokračuje v zavádění drobných změn Falconu 9 a v roce 2023 jsme se při některých misích dočkali použití nové trysky druhého stupně Merlin 1DVac. Je kratší a neefektivní, ale levnější.
Společnost očekává, že do roku 2024 uskuteční více než 150 startů, takže je velmi důležité zkrátit dobu zpracování každé mise. V tomto ohledu trvalo při třetí orbitální misi společnosti SpaceX v roce 2024 (mise Starlink 6-35) mezi přesunem rakety na rampu a jejím startem pouhých 6 hodin a 33 minut. SpaceX doufá, že do konce roku bude konečně schopna vypustit dvě rakety Falcon 9 z jedné rampy během 24 hodin.
Hlavním nákladem Falconu 9 zůstane Starlink. Je to logické, protože potenciální zisky v telekomunikačním sektoru jsou mnohem vyšší, než jakých může dosáhnout společnost, která se věnuje pouze startům do vesmíru, a to i v případě, že máte tolik misí jako SpaceX. A to je hlavní důvod, proč se velké společnosti jako Lockheed Martin nebo Boeing nikdy vážně nezabývaly vývojem revolučních nosných raket, protože potenciální zisky jsou jen nepatrným zlomkem toho, co mohou vydělat například na většině vojenských zakázek.
SpaceX se samozřejmě snaží získat přízeň americké vlády i tím, že jí dá k dispozici tuto téměř nezničitelnou satelitní komunikační síť a její vojenskou verzi Starshield. SpaceX loni představila větší a těžší družice Starlink V2 Mini se dvěma solárními panely a motory na bázi argonu s Hallovým efektem, které oproti předchozí generaci zdvojnásobují kapacitu (z 80 terabitů za sekundu na 160 TB/s).
Starlink navíc využívá více než devět tisíc laserových spojů mezi satelity, což umožňuje propojení jednotek vzdálených až 3 000 kilometrů a přenosy 100 GB/s na každém spoji. Společnost SpaceX již připravuje čtvrtou generaci terminálů Starlink. Továrna Starlinku v Bastropu je již v provozu a první testy přímé komunikace s mobilními telefony bez potřeby speciálních terminálů začaly počátkem roku 2024. Šířka pásma je velmi malá, řádově 7 MB/s na buňku satelitního pokrytí, která má být rozdělena mezi uživatele v oblastech o průměru stovek kilometrů, ale pro textové zprávy z odlehlých oblastí postačuje.
Rok 2023 byl pro Starship kritickým rokem a systému se podařilo dvakrát vzlétnout. Musk konečně vysvětlil, proč musel být S25 během mise IFT-2 zničen jen několik sekund před plánovaným vypnutím motorů. S25 začal vypouštět kapalný kyslík, aby snížil svou hmotnost a lépe simuloval podmínky mise s užitečným zatížením, ale kyslík nakonec způsobil požár, když se smísil s metanem a aktivoval se FTS.
Paradoxní je, že kdyby nesla užitečné zatížení, nebylo by nutné tento přebytečný kapalný kyslík likvidovat. Při misi IFT-3 je cílem dosáhnout oběžné dráhy (nebo okrajově orbitální trajektorie) a provést brzdicí zážeh s využitím hlavových nádrží, jakož i otestovat přenos pohonných látek pro program Artemis a otestovat bránu užitečného zatížení pro starty Starlinku V2/V3 se Starshipem. Oficiálně byla také potvrzena výstavba druhé startovací věže v Boca Chica, aby bylo možné zvládnout vysokou poptávku po startech, zejména pokud bude jedna z ramp dočasně mimo provoz kvůli „explozivnímu startu“, jako při první misi, nebo kvůli modernizaci.
SpaceX chce do roku 2024 několikrát vypustit největší raketu, jaká kdy byla postavena. Podle Muska „je lepší obětovat hardware než čas“ a sdělil, že navrhují verzi 3 hvězdné lodi s větší výškou: 140–150 metrů místo 120 metrů a s tahem při startu, který bude být trojnásobkem Saturnu V. Muskovým cílem je vynést na nízkou oběžnou dráhu jeden milion tun ročně, z čehož 200 000 tun by dosáhlo povrchu Marsu, což je minimální množství pro zajištění účinné kolonizace (nebudu zde analyzovat výzvy, které s tím souvisí).
Je také třeba připomenout, že SpaceX je jedinou společností, která pravidelně provozuje pilotovanou kosmickou loď, ačkoli jejím hlavním zákazníkem zdaleka zůstává NASA a kosmické agentury z jiných zemí. Flotila kosmických lodí Dragon s posádkou a nákladem se již s ISS spojila vícekrát než raketoplán a na oběžné dráze strávila kumulativně více času než všechny raketoplány dohromady v letech 1981 až 2011, což je rekord, který není příliš obtížné překonat, uvážíme-li, že raketoplán dokázal na oběžné dráze strávit sotva dva týdny.
Od května 2020 vynesly Crew Dragony na oběžnou dráhu 42 lidí a SpaceX již dokončila přístupové rameno pro posádku na rampě SLC-40 na mysu Canaveral, takže již má druhou doplňující rampu 39A na KSC pro starty s posádkou.
Letošní mise Polaris Dawn také otestuje první vesmírný oblek SpaceX během prvního samostatného výstupu Crew Dragonu do vesmíru. V tomto smyslu rakety Falcon a kosmická loď Dragon dosáhly cíle, který raketoplán nikdy nemohl splnit: rutinně vynášet náklad a lidi do vesmíru pomocí částečně opakovaně použitelného systému, který umožňuje snížit náklady.
Otázka výroby energie ve hvězdách podnítila ve 30. letech 20. století celou generaci mladých fyziků, kteří začali pracovat v této oblasti a zkoumali základy kvantové a jaderné fyziky, píše Natural Sciences. Jejich zkušenosti a metodologie byly zásadní pro projekt Manhattan, který usnadnil rychlý vývoj atomové bomby.
Zkušenosti a poznatky získané z Projektu Manhattan pak po válce přešly zpět do jaderné astrofyziky a vedly k jejímu dalšímu rozvoji. Tento článek je motivován otázkou, která byla vznesena ve filmu Oppenheimer, který se ptá, zda „bomba může zapálit atmosféru?“. Hledání odpovědi vyžaduje úzkou intelektuální výměnu mezi fyzikou atomové bomby a fyzikou hoření hvězd a právě tato výměna je tématem tohoto příspěvku.
Klíčové obavy, které vyslovil teoretický fyzik Edward Teller na náborové schůzce v Kalifornii, spočívaly v tom, že by se reakce mohla stát trvalou, jako je tomu na Slunci.
„Teller se obával, že proces detonace štěpné bomby by mohl zahrnovat rychlé lokální zahřátí atmosféry, při kterém,“ nastiňuje nový dokument na toto téma, „by kvůli možnému nedostatku chladicí schopnosti mohla teplota stoupnout natolik, že by se jádra dusíku 14N v atmosféře mohla spojit mezi sebou nebo s jinými lehkými složkami atmosféry, jako je vodík 1H, uhlík 12C nebo kyslík 16O.“
V rámci projektu Manhattan na to přišli přední fyzikové té doby. V roce 1942 se Oppenheimer vydal vlakem za Arthurem Comptonem, nositelem Nobelovy ceny a odborníkem na radiační fyziku, aby se pokusil získat odpovědi. Nebo alespoň nejlepší odpovědi dostupné bez experimentálních dat (odpálení velké bomby a zjištění, zda planeta vzplane).
Compton si na toto setkání vzpomněl i po letech a hovořil o Oppenheimerových obavách.
„Jádra vodíku,“ vysvětlil Arthur Compton v roce 1959 časopisu American Weekly, „jsou nestabilní a mohou se spojit v jádra helia s velkým uvolněním energie, jako se to děje na Slunci. K odpálení takové reakce by byla zapotřebí velmi vysoká teplota, ale nebyla by právě nesmírně vysoká teplota atomové bomby tím, co je zapotřebí k výbuchu vodíku?“
Existovala také možnost, že by se totéž mohlo stát v oceánech.
„A když vodík, pak co ten, který je součástí mořské vody? Nemohl by výbuch atomové bomby vyvolat explozi samotného oceánu? Ani to nebylo vše, čeho se Oppenheimer obával. Dusík ve vzduchu je také nestabilní, i když v menší míře. Nemohl by být také odpálen atomovým výbuchem v atmosféře?“
To by samozřejmě válku sice ukončilo, ale až příliš trvale, vzhledem k tomu, že by při vzniklé reakci zahynuli muži, ženy i ryby.
„Byla by to největší katastrofa,“ pokračoval Compton. „Lepší přijmout otroctví nacistů, než riskovat, že se nad lidstvem zatáhne poslední opona.“
Compton však Oppenheimerovi řekl, že by k ní v atmosférických podmínkách nedošlo. Ochlazení zářením by bylo vždy příliš rychlé na to, aby se taková reakce udržela, jak později napsal Teller ve zprávě utajované až do roku 1979.
„Ztráty energie zářením vždy převyšují zisky způsobené reakcemi,“ napsal ve zprávě a dodal: „Dosažení takových teplot je nemožné, pokud se nepoužijí štěpné nebo termonukleární bomby, které výrazně převyšují bomby, o nichž se nyní uvažuje.“
Otrávení atmosféry
Na základě experimentálních údajů, včetně testů, při nichž byly kovány „zakázané“ kvazikrystaly, nyní víme, že trvalé reakce v oceánech a atmosféře nejsou vyvolány jadernými výbuchy. Jak však upozorňuje nový článek, jehož autory jsou Michael Wiescher a Karlheinz Langanke, původní týmy přehlédly klíčovou reakci. Ačkoli se vzhledem k hojnému výskytu dusíku v atmosféře nejvíce zabývaly reakcí 14N, neuvažovaly o reakci 14N(n,p)14C, při níž vzniká 14C v hojném množství.
„Špička radiouhlíku v naší atmosféře rychle klesá, protože tento dlouhotrvající izotop uhlíku je absorbován rostlinami prostřednictvím uhlíkového cyklu. V důsledku toho se stává součástí všech biologických materiálů po tisíce let,“ uzavírá tým. „Tento radiokarbon zůstává v našich tělech a slouží jako trvalá připomínka lidské arogance vedoucí k vývoji jaderných zbraní, před kterými chtěl Oppenheimer varovat.“
2 Neumann T. Je to stále pokrok nebo katastrofa.Der Spiegel, 22. července 2023. Google Scholar
3 Compton AH , Allison SK . Rentgenové záření v teorii a experimentu . D. Van Nostrand Company, Inc; 1935. Google Scholar
4 Huisman D , Huisman H . Setkání Arthura Holly Comptona a J. Roberta Oppenheimera ve státním parku Otsego Lake v červenci 1942. Michigan History Magazine. 2010 .Google Scholar
5 Konopinski EJ , Marvin C , Teller E. Zapálení atmosféry jadernými bombami. Los Alamos National Laboratory , LA-602, duben 1946. (odtajněno 1979) .Google Scholar
6 von Weizsäcker CF . Atomkerne, Grundlagen and Anwendungen ihrer Theorie . Akademische Verlagsgesellschaft; 1937: 163-166 . _ _Google Scholar
7 Gamow G . Ke kvantové teorii atomového jádra . J Phys A. 1928 ; 51 : 204-212 . _ _CASGoogle Scholar
8 Teller E , Ulam S . Heterokatalytické detonace — hydrodynamické čočky a radiační zrcadla. Los Alamos National Laboratory, LAMS-1225 Weapon Data, březen 1951. (Částečně odtajněno 1981) .Google Scholar
9 Percy W , Bridgman z H . Oppenheimerův mentor jako vysokoškolský student a nositel Nobelovy ceny z roku 1946 napsal v dopise: „Pokud bomba exploduje v oceánu, vodík se může přeměnit na helium s astronomickým uvolněním energie,“ citoval Alex Wellerstein, „Amerika na atomové křižovatce“. “. The New Yorker , 25. července 2016 .Google Scholar
10 Buck P . Bomba — Konec světa. The American Weekly (8. března 1959) .Google Scholar
Několik soukromých čínských společností postupuje vpřed se svými plány na vývoj opakovaně použitelných raket. Nyní je řada na LandSpace, která 19. ledna 2024 v 08:00 UTC provedla test svého prototypu Zhuque 3 VTVL-1 pro vertikální vzlet a přistání ze zařízení společnosti v kosmickém středisku Jiuquan. Během testu, který trval přibližně jednu minutu, dosáhl VTVL-1 (Vertical Take-off and Vertical Landing) výšky 350 metrů, píše Daniel Marína na svém blogu EURECA.
VTVL-1 odstartoval ze speciální podložky na startovacím komplexu 96 v Jiuquan, na níž prototyp spočívá svými třemi nohami na příslušných sloupcích – poháněný jediným motorem na kapalný metan a kyslík TQ-12 (Tianque 12, 天鹊-12) 80 tun tahu. Ocelový VTVL-1 přistál s chybou 2,4 metru na sousední plošině.
LandSpace (蓝箭航天, mandarínsky Lanjian Hangtian) je společnost, která loni poprvé v historii vynesla satelity na oběžnou dráhu pomocí metanové rakety Zhuque 2. Zhuque 2 již provedl tři mise a LandSpace se rozhodl opustit vylepšené verze tohoto odpalovacího zařízení, nazvaného Zhuque 2A, 2B a 2C, a zaměřit se na Zhuque 3, opakovaně použitelnou raketu na bázi metanu vyrobenou z oceli, schopnou umístit 21, 3 tun na nízké oběžné dráze (LEO) v jednorázové verzi a 18,3 tuny v opakovaně použitelné verzi. Zhuque 2 používá v první fázi čtyři metanové motory TQ-12, zatímco budoucí Zhuque 3 bude používat devět TQ-12B. Tento prototyp Zhuque 3 VTVL-1 má jeden motor TQ-12 a je postaven z oceli, jako budoucí sériový Zhuque 3. LandSpace plánuje s tímto prototypem provádět skoky z výšky až 10 kilometrů, aby experimentoval s technikami opětovného použití. VTVL-1 společnosti LandSpace je dosud největším prototypem s vertikálním vzletem a přistáním vyrobeným v Číně a prvním, který používal ocel v trupu.
Por primera vez, la empresa china LandSpace probó ayer día 19 de enero a las 08:00 UTC su prototipo de despegue vertical Zhuque 3 VTVL-1 desde sus instalaciones en Jiuquan. Alcanzó una altura de 350 metros en una prueba de 1 minuto. pic.twitter.com/zI0SQT3EaI
Pokud máte s tímto skokem pocit déjà vu, je to pravděpodobně proto, že nedávno proběhl o podobný test dalšího prototypu vertikálního startu a přistání, Hyperbola 2Y (SQX-2Y) od společnosti iSpace. SQX-2Y poprvé vzlétl 2. listopadu 2023 z Jiuquan a dosáhl výšky 178,42 metrů v trvání testu 50,82 sekund. 10. prosince udělal druhý skok 63,15 sekundy a tentokrát dosáhl 343,12 metrů. Hyperbola 2Y od iSpace také používá jediný metanový motor, JD-1 (Jiaodian 1, 焦点一号, „focus“ v mandarínštině), i když je podstatně méně výkonný než TQ-12 od LandSpace, s tahem 15 tun. SQX-2Y má čtyři nohy na podvozku namísto tří na VTVL-1 a obsahuje aerodynamické ovládací mřížky. iSpace (星际荣耀, Chce se však zaměřit i na výkonnější raketu Hyperbola 3 (SQX-3, 双曲线三号), schopnou umístit 13,4 tuny do LEO v jednorázové verzi a 8,5 tuny do znovupoužitelné (nebo 6,2 až 10,4 tuny na sluneční synchronní polární oběžné dráze). SQX-3 bude v první fázi používat devět metanových motorů JD-2, každý s tahem asi 85 tun.
A nebyl to jediný test prototypů VTVL, protože na tomto typu raket létaly další dvě čínské společnosti, i když mnoho jejich technických detailů ani testů nezveřejnily. První je galaktická energie (星河动力, Na rozdíl od prototypů LandSpace a iSpace využívá ten Galactic Energy petrolej. Galactic Energy v současné době vypouští raketu Ceres 1, nejúspěšnější z malých čínských komerčních odpalovacích zařízení na pevná paliva, ale je naplánováno, že brzy představí Palas 1 (Pallas 1, 智神星一号), schopný umístit 5 tun do LEO (7 tun s horním stupněm). V první etapě bude mít Palas 1 sedm keroloxových motorů CQ-50 o tahu každý 50 tun.
Po tomto testu si LandSpace udržuje svou výhodu v novém čínském vesmírném sektoru spolu s iSpace, Space Pioneer a Galactic Energy. Ne nadarmo je budoucí Zhuque 3 v současnosti nejvýkonnějším čínským komerčním vektorovým projektem ve vývoji. Bezpochyby je velmi možné, že všechny tyto projekty nespatří světlo světa, ačkoliv v Číně existuje spousta interní poptávky (nezapomínejme, že společnost LinkSpace po úspěšném testování RLV opět nejeví známky života vozidlo v roce 2019).T5, prototyp odpalovacího zařízení New Line 1). Pokud je ale jedna věc jasná, pak to, že i kdyby světlo světa spatřila jen polovina těchto nosných raket, v příštích letech budeme svědky skutečné laviny čínských komerčních nosných raket.
Zavedení trvalého provozu na Měsíci a Marsu představuje řadu příležitostí a výzev, s nimiž se NASA musí teprve vypořádat. Mnohé z těchto činností vyžadují nové technologie a postupy, které zajistí, že agentura bude připravena na své ambiciózní mise Artemis i na ty další.
Jednou z těchto výzev je práce s kryogenními kapalinami, tedy kapalinami v kapalném stavu mezi minus 238 stupni Fahrenheita a absolutní nulou (minus 460 F). Tyto kapaliny – kapalný vodík (s nímž se pracuje nejobtížněji), metan a kyslík – jsou životně důležité pro pohon kosmických lodí a systémy podpory života. Tyto kapaliny mohou být v budoucnu získávány také na povrchu Měsíce a Marsu prostřednictvím využití zdrojů in situ (ISRU).
Lidský průzkum v hlubokém vesmíru vyžaduje skladování velkého množství kryogenních kapalin po dobu týdnů, měsíců nebo déle, stejně jako jejich přenos mezi kosmickými loděmi nebo palivovými sklady na oběžné dráze a na povrchu. Každý z těchto aspektů je náročný a doposud se podařilo skladovat velké množství kryogenních kapalin ve vesmíru pouze po dobu několika hodin. Inženýři pracující v portfoliu NASA pro řízení kryogenních kapalin (CFM) – vedeném v rámci Technology Demonstration Missions v rámci Space Technology Mission Directorate a řízeném v Glenn Research Center v Clevelandu a Marshall Space Flight Center v Huntsville v Alabamě – řeší tyto problémy před budoucími misemi.
„To je úkol, který NASA ani naši partneři nikdy předtím neudělali,“ řekla Lauren Ameenová, zástupkyně manažera portfolia CFM. „Naše budoucí koncepce misí počítají s obrovským množstvím kryogenních kapalin a my musíme přijít na to, jak je efektivně využívat po dlouhou dobu, což vyžaduje řadu nových technologií, které dalece přesahují dnešní možnosti.“
Kryogenní výzvy
Aby byla kryogenní kapalina použitelná, musí zůstat v chladném, kapalném stavu. Fyzika vesmírných cest – pohyb na slunečním světle a mimo něj a dlouhý pobyt v nízké gravitaci – však komplikuje udržování těchto kapalin v kapalném stavu a znalost jejich množství v nádrži.
Zdroje tepla ve vesmíru – například Slunce a výfukové plyny kosmické lodi – vytvářejí uvnitř a v okolí zásobníků horké prostředí, které způsobuje odpařování nebo „vyvařování“. Když se kapalina odpaří, nemůže již účinně pohánět raketový motor. Zvyšuje se také riziko úniku nebo, ještě hůře, prasknutí nádrže.
Nejistota, kolik paliva v nádrži zbývá, není způsob, jakým by naši průzkumníci chtěli letět na Mars. Nízká gravitace je náročná, protože palivo chce plavat – také známé jako „slosh“ – což velmi ztěžuje přesné měření množství kapaliny a její přenos.
„Předchozí mise využívající kryogenní pohonné hmoty byly ve vesmíru jen několik dní kvůli únikům při varu nebo ventilaci,“ poznamenal Ameen. „Tyto kosmické lodě používaly tah a další manévry, aby vyvinuly sílu k usazení nádrží s pohonnými látkami a umožnily přenos paliva. Během mise Artemis budou kosmické lodě pobývat v nízké gravitaci mnohem déle a poprvé budou muset ve vesmíru přenášet kapalný vodík, takže musíme zmírnit únik varu a najít inovativní způsoby přenosu a měření kryogenních pohonných látek.“
Nádrž SHIIVER z roku 2019, která se nachází ve vakuové komoře zařízení In-Space Propulsion Facility v testovacím středisku Neila Armstronga NASA v Sandusky v Ohiu. Nádrž byla součástí úsilí projektu Cryogenic Fluid Management, jehož cílem bylo otestovat nádrž při extrémních teplotách a zajistit, aby nové technologie udržely pohonné látky uvnitř chladné a v kapalném stavu.
Co dělá NASA?
Portfolio NASA v oblasti CFM zahrnuje 24 vývojových aktivit a investic, jejichž cílem je snížit odpar, zlepšit měření a zdokonalit techniky přenosu kapalin pro pohon ve vesmíru, přistávací moduly a ISRU. V blízké budoucnosti probíhají čtyři činnosti na zemi, na oběžné dráze blízké Zemi a brzy i na povrchu Měsíce.
Letové ukázky
V roce 2020 NASA zadala americkému průmyslu – Eta Space, Lockheed Martin, SpaceX a United Launch Alliance – čtyři zakázky zaměřené na CFM Tipping Point, které mají pomoci při vývoji a demonstraci technologií CFM ve vesmíru. Každá ze společností má v roce 2024 nebo 2025 zahájit příslušné demonstrace a provést několik testů s kapalným vodíkem, aby ověřila technologie a procesy.
Radiofrekvenční hmotnostní měřič
Pro zlepšení měření vyvinula NASA radiofrekvenční měřiče hmotnosti (RFMG), které umožňují přesnější měření kapalin v podmínkách nízké gravitace nebo nízkého tahu. Inženýři to dělají tak, že měří elektromagnetické spektrum neboli rádiové vlny v nádrži kosmické lodi po celou dobu mise a porovnávají je se simulacemi kapaliny, aby přesně změřili zbývající palivo.
Systém RFMG se osvědčil při pozemních testech, suborbitálním parabolickém letu a na Mezinárodní vesmírné stanici a brzy bude testován na Měsíci během nadcházejícího letu Commercial Lunar Payload Services se společností Intuitive Machines. Po předvedení v měsíčním prostředí bude NASA pokračovat ve vývoji a rozšiřování technologie, aby umožnila zdokonalení provozu kosmických lodí a přistávacích modulů.
Kryochladiče
Kryochladiče fungují jako tepelné výměníky pro velké nádrže pohonných hmot, které v kombinaci s inovativními izolačními systémy nádrží zmírňují jejich vyvření. S průmyslovými partnery, jako je Creare, začala NASA testovat velkokapacitní systémy kryochladičů, které čerpají „pracovní“ kapalinu přes síť trubek instalovaných na nádrži, aby ji udržely chladnou. NASA plánuje zvětšit velikost nádrže a její schopnosti, aby splňovala požadavky mise, a to ještě před provedením budoucích letových demonstrací.
Cryo náplň
NASA rovněž vyvíjí systém zkapalňování, který by na povrchu Měsíce nebo Marsu přeměnil plynný kyslík na kyslík kapalný a umožnil tak doplňování paliva do přistávacích modulů pomocí pohonných hmot vyrobených na místě. Tento přístup využívá různé metody k ochlazení kyslíku na kritickou teplotu (nejméně minus 297 stupňů Fahrenheita), při níž zkondenzuje a změní se z plynu na kapalinu. Počáteční vývoj a testy NASA prokázaly, že to lze provést efektivně, a tým pokračuje v rozšiřování technologie na příslušné velikosti a množství nádrží pro budoucí provoz.
Úsilí NASA o vývoj a testování systémů CFM, které jsou energeticky, hmotnostně a nákladově efektivní, je v konečném důsledku rozhodující pro úspěch ambiciózních misí agentury na Měsíc, Mars a další.
Falešné rostliny se přesouvají do 21. století. Výzkumníci vyvinuli doslova „rostlinné elektrárny“. Malé generátory ve tvaru listů, které vyrábějí elektřinu z vanoucího větru nebo padajících dešťových kapek. Tým ACS Udržitelná chemie a inženýrství, testoval energetické kombajny jejich začleněním do umělých rostlin.
Elektrická energie může být vyrobena v přírodě několika způsoby. Například solární panely přeměňují světelnou energii ze slunce a větrné turbíny přeměňují kinetickou energii pohybujícího se vzduchu. Tyto metody však obvykle spoléhají na jeden zdroj, a proto jsou účinné pouze tehdy, když je tento zdroj dostupný. Solární panely nefungují například po západu slunce a klidný den nevygeneruje mnoho větrné energie.
V poslední době se objevily vícezdrojové energetické sklízeče jako metoda pro zachycení energie z různých obnovitelných zdrojů v jednom zařízení, čímž se maximalizuje potenciální výstup. Takže Ravinder Dahiya a kolegové chtěli vytvořit vícezdrojový energetický kombajn, který by mohl generovat energii z větru i deště.
Tým postavil dva různé typy kolektorů energie: triboelektrický nanogenerátor (TENG) pro zachycení kinetické energie z větru a generátor energie na bázi kapek (DEG) pro sběr energie z padajících dešťových kapek. TENG se skládal z vrstvy nylonových nanovláken vložených mezi vrstvy polytetrafluorethylenu, běžněji známého jako teflon, a měděné elektrody.
Foto: Převzato z ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2024, DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c03620 Falešné rostliny se přesouvají do 21. století! Výzkumníci vyvinuli doslova „elektrárny“ – malé generátory ve tvaru listů, které vyrábějí elektřinu z vanoucího vánku nebo padajících dešťových kapek – a popsali je v ACS Sustainable Chemistry & Engineering . Tým testoval energetické kombajny jejich začleněním do umělých rostlin. Elektrickou energii lze z přírody vyrábět několika způsoby. Například solární panely přeměňují světelnou energii ze slunce a větrné turbíny přeměňují kinetickou energii pohybujícího se vzduchu. Tyto metody však obvykle spoléhají na jeden zdroj, a proto jsou účinné pouze tehdy, když je tento zdroj dostupný. Solární panely nefungují například po západu slunce a klidný den nevygeneruje mnoho větrné energie. V poslední době se objevily vícezdrojové energetické kombajny jako metoda pro zachycení energie z různých obnovitelných zdrojů v jednom zařízení, čímž se maximalizuje potenciální výstup. Takže Ravinder Dahiya a kolegové chtěli vytvořit vícezdrojový energetický kombajn, který by mohl generovat energii z větru i deště. Tým postavil dva různé typy kolektorů energie: triboelektrický nanogenerátor (TENG) pro zachycení kinetické energie z větru a
Statické náboje byly generovány a přeměněny na elektřinu, když se vrstvy stlačily do sebe. Teflon byl také použit k výrobě DEG, který byl vodotěsný a pokrytý vodivou tkaninou, aby fungoval jako elektrody. Když kapky deště dopadly na jednu z elektrod, způsobily nerovnováhu nábojů a generovaly proud. Za optimálních podmínek TENG produkoval 252 V energie a DEG 113 V, ale pouze po krátkou dobu.
Tým namontoval DEG na vrchol TENG a začlenil verze ve tvaru listu do umělé rostliny. Když byly generátory ve tvaru listu vystaveny podmínkám napodobujícím přirozený vítr a déšť, napájely 10 LED světel v krátkých záblescích. Toto osvědčené „elektrárenské“ zařízení by mohlo být dále vyvinuto do větších systémů nebo sítí elektráren k výrobě čisté energie z přírodních zdrojů, říkají vědci.
Další informace: Guanbo Min et al, Vícezdrojový kombajn na textil a rostliny pro výrobu čisté energie z větru a kapek dešťové vody, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c03620
Mrazivé teploty v Evropě ztrpčovaly život majitelům elektrických vozidel se sníženým dojezdem a hodinami čekání u nabíjecích stanic, píše AP. Je dobře známo, že elektromobily ztrácejí v mrazu část svého dojezdu, zejména při teplotách pod nulou. Studie zjistily, že ztráta rozsahu se pohybuje od 10 % do 36 %.
Elektromobily se také nenabíjejí tak rychle v extrémních mrazech. Někteří majitelé Tesly novinářům řekli, že jejich auta se nechtějí vůbec nabíjet. Odborníci uznávají, že chladné počasí může být pro elektrické vozy těžké, ale říkají, že s určitým plánováním a malými úpravami by majitelé měli být schopni cestovat v podstatě jako obvykle.
Co je za problém?
Uvnitř baterií EV proudí ionty lithia kapalným elektrolytem a produkují elektřinu. Ale když se ochladí, procházejí elektrolytem pomaleji a neuvolňují tolik energie. To snižuje dojezd a může rychleji vybíjet baterii.
Totéž se děje obráceně. Protože se elektrony pohybují pomaleji, baterie nemůže přijmout tolik elektřiny z nabíjecí zástrčky. To zpomaluje nabíjení.
Problém je v tom, že když teploty klesnou, baterie musí být dostatečně teplé, aby se elektrony mohly pohybovat. A na rychlonabíjecích stanicích, jako je Tesla, musí být ještě tepleji.
„V podstatě všechno, co je chemická látka, se zpomalí, když se dostanete na nízkou teplotu,“ řekl Neil Dasgupta, docent mechanického a materiálového inženýrství na University of Michigan. „To je prostě něco, co nám příroda dala, a my se s tím musíme vypořádat.“
Na stanici Supercharger v Pittsfield Township, Michigan, jižně od Ann Arbor, zbývalo baterii v Tesle Ankity Bansalové pouze 7 % kapacity. Zapojila se, ale auto nebralo elektřinu. Místo toho displej hlásil, že se baterie zahřívá. Po dosažení správné teploty by úplné nabití trvalo hodinu a 50 minut, uvedl displej.
„Mám před sebou dlouhou cestu,“ řekla Bansal, postgraduální studentka University of Michigan, která se chtěla dostat k plnému nabití, protože doma nemá nabíjecí stanici.
Jak to funguje
Bruce Westlake, prezident Eastern Michigan Electric Vehicle Association, uvedl, že většina elektromobilů je naprogramována tak, aby zahřívala baterii, pokud řidič oznámí navigačnímu systému vozidla, že se blíží cesta k nabíjecí stanici.
Mnoho z těch, kteří si myslí, že se jejich auta nebudou nabíjet, jsou v elektromobilech nováčky a nevědí, jak „předpřipravit“ své baterie, řekl Westlake, který má dvě Tesly.
„Jenom se učí,“ řekl. „A Tesla není moc dobrý ve vysvětlování některých věcí.“ Byla zanechána zpráva s žádostí o komentář od Tesly.
V mrazivých teplotách může trvat půl hodiny, než se baterie zahřeje, aby byla připravena k nabíjení, řekl Westlake. Předběžná úprava baterie stojí určitý dojezd, i když je to obvykle jen několik kilometrů, řekl.
Bansal, který má svou Teslu teprve týden, o předkondicionování vozu před nabíjením nevěděl, ale nyní už ano.
Pár stánků od ní se Tesla Model 3 Kim Burney nabíjela jen o něco pomaleji než za normálních teplot. Na výletě k zubaři v Ann Arbor ve středu ráno dojela dál, než si myslela, a chtěla se přiblížit k plnému nabití na zbytek dne.
Řekla tedy autu, že jede do nabíjecí stanice a ta byla připravena, než dorazila a zapojila se.
Stejně jako Westlake i Burney řekl, že řidiči elektromobilů musí plánovat dopředu, zvláště v chladném počasí. Auto, řekla, vám řekne, kde jsou nabíjecí stanice a kolik vám zbývá dojezdu. „Čím více s ním jezdíte, tím lépe víte, jak daleko můžete jet a kolik ho nabíjet,“ řekla.
Burney uvedla, že v chladném počasí ztrácí zhruba 15 % až 20 % svého dojezdu baterie, ale dramaticky se to zhoršuje v mrazech, jako byl tento týden.
Budoucnost nabíjení
V krátkodobém horizontu výrobci automobilů pravděpodobně přijdou s lepšími způsoby, jak chránit životnost baterie a zahřát je na nabíjení, řekl Dasgupta. A ve vývoji jsou nové chemické složení baterií, které jsou odolnější v chladném počasí.
V krátkodobém horizontu Dasgupta uvedl, že čím více běžných spotřebitelů bude kupovat elektrická vozidla a čím více výrobců automobilů vstoupí na trh, budou vyvíjet modely využívající stávající lithium-iontovou chemii, které jsou přizpůsobeny chladnějšímu klimatu. V některých případech bude možná nutné trochu obětovat celkový dojezd, aby se dosáhlo lepšího výkonu v chladném počasí, řekl.
Miliony se investují do nové technologie baterií, která funguje lépe v mrazu a která si najde cestu z vojenských, leteckých a podmořských aplikací do elektrických vozidel, řekl Dasgupta.
X-59 bude létat koncem tohoto roku, což potenciálně změní budoucnost letectví
Nadzvuková letecká doprava je příslibem rychlejšího cestování po světě, ale má velkou a hlasitou nevýhodu: Zvukový třesk. Nadzvuková letadla nesmějí létat nad pevninou, protože jejich zvuk je hlučný a rušivý. NASA již desítky let pracuje na návrhu letadla, které by se tomuto jevu vyhnulo a přitom stále letělo neuvěřitelnou rychlostí. Výsledkem je X-59.
NASA doufá, že zákaz komerčních nadzvukových letů nad pevninou může být zrušen nahrazením hlasitého zvukového třesku jemnějším zvukovým „bušením“. Sonický třesk nastane, když se rázové vlny z předmětu, který se pohybuje vzduchem rychleji, než je rychlost zvuku, spojí, než se dostanou k zemi. Sonické třesky generují obrovské množství zvukové energie, asi 110 decibelů, jako zvuk exploze nebo bouřky.
Očekává se, že experimentální letoun, vyvinutý ve spolupráci s Lockheed Martin, dosáhne 1,4násobku rychlosti zvuku ve vzduchu, neboli asi 1490 kilometrů (925 mil) za hodinu – a to při zachování velmi tichého provozu. Byl odhalen minulý pátek a bude testován ve skutečném letu koncem tohoto roku.
Co je to Sonic Boom a jak se vytváří?
Sonický třesk je zvuk podobný hromu, který vydává objekt pohybující se vzduchem (v tomto případě) rychleji než rychlost zvuku. Je to velké uvolnění zvukové energie az tohoto důvodu je hlasité.
Nejsou to jen speciální letadla, která mohou jednoho rozbít. Charakteristický práskání biče je příkladem zvukového třesku. Jen malý, protože špička biče nemá stejný moment jako proud.
Jakýkoli objekt pohybující se tekutinou by vytvořil tlakové vlny před sebou a za sebou. Vlny se šíří rychlostí zvuku. Jak se rychlost letadla zvyšuje, tyto vlny se stlačují dohromady, a když letadlo dosáhne rychlosti zvuku, spojí se do jediné rázové vlny. Výložník!
Jak se letadlo pohybuje rychleji, než je rychlost zvuku, neustále vytváří zvukové třesky, které uvolňují tyto tlakové vlny. Ale jak si dokážete představit, mohlo by to být dost hlasité a otravné, kdybyste žili pod dráhou nadzvukového letadla.
Jak se X-59 vyhýbá zvukovému třesku?
Vyhnout se sonickému třesku je věcí prolomení těchto tlakových vln. Něco, co se snadněji řekne, než udělá. K tomu je X-59 navržen. Letadlo má délku 30,3 metru (99,7 stop), ale jedna třetina z toho je pro jeho tenký zúžený nos. To je jeho tajemství. Nos je navržen tak, aby prolomil tlakové vlny a vytvořil vozidlo, které může létat rychleji než zvuk bez hlasitých třesků.
Toto experimentální letadlo není plánem pro budoucí osobní nadzvuková vozidla, ale takový design bude informovat nadzvukové letadlo budoucnosti, jako letadlo poháněné raketovým motorem Bell X-1 pro vývoj Concordu.
Prostřednictvím jedinečného designu letadla X-59 Quiet SuperSonic Technology (QueSST) se NASA snaží snížit akustický třesk, aby byl mnohem tišší.
Inženýři s agenturním projektem Commercial Supersonic Technology (CST) nedávno použili malý model X-59 v nadzvukovém větrném tunelu NASA Glenn o rozměrech 8 x 6 stop, aby vizualizovali technologii agentury snižující rozmach a ověřili její schopnosti předpovídat rozmach.
„Toto je příležitost týmu získat data při nízkých hladinách hluku produkovaných v tunelu,“ řekl Clayton Meyers, zástupce projektového manažera projektu CST. „Vše závisí na naší schopnosti měřit ránu.“
Foto: David Meade výzkumné centrum NASA Langley Research Center NASA
Malý model X-59 byl testován v nadzvukovém větrném tunelu NASA Glenn o rozměrech 8 x 6 stop. Model byl invertován s polem snímačů rázových vln namontovaným na stropě tunelu během testování.
Model – měřící asi stopu a půl na délku – byl podroben týdnům testování v tunelu a produkoval rázové vlny, které byly zachyceny speciálními kamerami namontovanými vně testovací sekce a unikátním polem senzorů uvnitř. Unikátní snímky schlieren z kamer poskytují inženýrům vizualizaci rázových vln a jejich polohy při průchodu vzduchu kolem modelu. Senzor poskytuje podrobné měření síly otřesů. Výsledky testů jsou povzbudivé, protože rázové vlny produkované modelem odpovídaly, jak polohou, tak silou, těm z dřívějších počítačových modelů pro tišší nadzvukový let.
Snímky Schlieren a měření tlaku jsou zásadní pro schopnost NASA porovnávat data z aerodynamického tunelu s počítačovým modelováním. Tyto schopnosti zlepšují schopnost týmu porozumět a předvídat skutečné zvukové údery během budoucích letů X-59. NASA také vyvinula s chlieren zobrazovací schopnosti pro let, které budou také použity během nadcházejících letových testů.
„S X-59 chceme demonstrovat, že dokážeme zredukovat nepříjemné zvukové třesky na něco mnohem tiššího, označovaného jako ‚zvukové rány‘,“ řekl John Wolter, vedoucí výzkumník testu X-59 v aerodynamickém tunelu. „Cílem je poskytnout regulačním orgánům údaje o hluku a reakci komunity, což by mohlo vést k novým pravidlům pro pozemní nadzvukové lety. Test prokázal, že nemáme jen tišší konstrukci letadla, ale že máme také přesné nástroje potřebné k předpovědi hluku budoucích letadel.“
Model poputuje v březnu do Tokia na další ověřovací testy v aerodynamickém tunelu s Japan Aerospace Exploration Agency a Boeing.
NASA a Lockheed Martin v současné době dokončují stavbu X-59 v zařízení Skunkworks v Kalifornii. Na konci roku 2022 zahájí NASA a Lockheed Martin první letové testy, aby prokázaly letovou způsobilost. Po letových testech pak NASA ověří, že tichá nadzvuková technologie letadla funguje za letu tak, jak byla navržena, před přechodem do fáze komunitního přeletu.
Hustší forma skladování vodíku slibuje rychlejší tankování a nižší náklady pro vodíkové letectví
Společnost ZeroAvia spolupracuje se sanfranciským startupem Verne, aby do oblasti čistého letectví přinesla ještě energeticky vydatnější formu vodíku. Kryostlačený H2 by mohl snížit náklady, urychlit tankování a zajistit o 40 % delší dolet než kryogenní kapalný H2.
Vodík je otrava. Těžko se skladuje a přepravuje, vyžaduje buď velmi nízké teploty, nebo energeticky náročnou kompresi, aby se dostal do užitečného objemu. Jeho výroba je energeticky neefektivní a neexistuje pro něj žádná distribuční síť jako taková.
Společnost ZeroAvia se nyní snaží do diskuse zapojit třetí formu vodíkového paliva, která je schopna přenášet ještě více energie.
Verne je startup s technologií skladování a doplňování vodíku zaměřený na řešení využívající kryo-stlačený vodík pro sektory s vysokým zatížením. Kryo-stlačený vodík ukládá plynný vodík při nízkých teplotách, čímž se zvyšuje energetická hustota paliva, což by mohlo umožnit delší dolet ve srovnání s letadly poháněnými GH 2 .
Myšlenka kryostlačeného vodíku (CcH2) existuje již více než 25 let. Poprvé jej jako energetické médium s vysokou hustotou navrhl Salvador Aceves v Lawrence Livermore National Labs, BMW vytvořilo prototypy systému CcH2 pro osobní automobily před více než 10 lety a Cryomotive je jednou z řady společností, které se nyní snaží přinést jeho výhody do dálkové nákladní dopravy a slibují dojezd a rychlou dobu tankování nafty v palivu s nulovými emisemi, které uchová více než 3 000 Wh/kg.
Co to tedy je? CcH2 účinně kombinuje kryogenní chlazení používané ke zkapalnění vodíku s některými kompresními metodami používanými k uskladnění plynného vodíku. Tam, kde kapalný vodík vyžaduje teploty pod 20 K (-253 °C/-423 °F) při okolním tlaku a plynný vodík bývá stlačován na 700 barů při okolní teplotě, CcH2 se snaží o praktický bod mezi tím a může poskytnout výrazně vyšší hustotu skladování.
Řekněme, že vodík udržujete při teplotě 20 K a pak ho stlačíte na 240 barů. Podle Langmiho a spol. se objemová zásoba vodíku zvýší ze 70 g/litr na 87 g/litr. Zároveň však výrazně snížíte, případně téměř eliminujete ztráty vyvařením, které jsou endemické pro skladování kapalného H2. A můžete doplňovat rychlostí přečerpávání kapaliny, aniž byste potřebovali kompresorové zařízení za miliony dolarů na každé čerpací stanici.
Jak vysvětluje Composites World, můžete také použít mnohem lehčí nádrže nebo je vyrobit z levnějších materiálů, protože nemusíte zvládat tlak 700 barů. A ve vozidle nemusíte dodávat aktivní chlazení; izolovaná nádrž si udržuje kryogenní teplotu sama, protože při každém použití paliva se zbývající palivo rozpíná do nádrže a termodynamika snižuje teplotu.
A tím se dostáváme k novému MOU společnosti ZeroAvia se společností Verne. Společnost Verne v loňském roce spolupracovala s Lawrence Livermore National Labs na demonstraci systému CcH2, který pracuje při nezveřejněných úrovních tlaku a teploty, ale je schopen uskladnit o 27 % více vodíku než stejně velký systém kapalného H2.
Společnost Verne věří, že dokáže svou technologii CcH2 dostat na „o 40 % vyšší hustotu využitelného vodíku než u kapalného vodíku“, a nyní spolupracuje se společností ZeroAvia na „společném vyhodnocení možností“ pro CcH2 v letectví a také na zkoumání pozemní infrastruktury potřebné pro rychlé doplňování paliva na letištích.
Bude zajímavé sledovat, kam to povede. V rozhovoru pro Composites World Tobias Brunner ze společnosti Cryomotive vysvětlil, že jeho společnost věří, že její skladování CcH2 by mohlo být „vhodné pro letectví“ – ale pouze v menších letadlech, protože jakmile se přejde na velmi velké nádrže pojmoucí stovky nebo tisíce kilogramů paliva, kapalný vodík opět převezme roli lehčího řešení na úrovni systému. Zajímalo by nás, zda Verne chce vyzkoušet jiný přístup.
Umělá inteligence mění svět a jednou z hlavních oblastí, kterou krátkodobě až střednědobě ovlivní, je pracovní síla. Algoritmy umělé inteligence napodobují systémy reálného světa. Čím je systém opakující se, tím je pro AI snazší jej nahradit. Proto jsou pracovní místa v zákaznických službách, maloobchodě a administrativních pozicích pravidelně označována jako nejrizikovější, píše TechExplore.
To neznamená, že to neovlivní ostatní pracovní místa. Nejnovější pokroky v AI ukázaly, že všechny druhy kreativní práce a profese bílých límečků, mohou být ovlivněny v různé míře.
Je tu však jeden důležitý bod, který se v diskuzích o vlivu umělé inteligence na pracovní místa obvykle neřeší. To znamená: místo, kde pracujete, může být stejně důležité jako to, co děláte.
Současné trendy a projekce naznačují, že první a nejvíce postižení budou lidé v rozvojových zemích, kde vyšší podíl pracovních míst zahrnuje opakující se nebo manuální úkoly.
Privilegováno geografií
Podle zprávy Světového ekonomického fóra Future of Jobs patří nově vznikající technologie a digitalizace k největším hnacím faktorům vytlačování pracovních míst. Zpráva uvádí: „Většina nejrychleji ubývajících míst jsou úřednické nebo sekretářské pozice, přičemž se očekává, že nejrychleji budou klesat bankovní překladatelé a příbuzní úředníci, úředníci poštovních služeb, pokladní a prodavači lístků a prodejci dat.“
Vezměme si jako příklad úředníka v kanceláři, mezi jehož povinnosti patří zvedání telefonů, příjem zpráv a plánování schůzek. Nyní máme přístup k nástrojům umělé inteligence, které dokážou provádět všechny tyto úkoly.
Mohou také pracovat nepřetržitě, zdarma (nebo za zlomek ceny), aniž by je ovlivnily osobní problémy a aniž by se museli psychicky namáhat optimalizovat svůj pracovní postup. Samozřejmě budou pro zaměstnavatele atraktivní!
Na první pohled byste mohli předpokládat, že úředník žijící v rozvinuté zemi ztratí práci s větší pravděpodobností než jeho protějšek v rozvojové zemi, protože se zdá, že ten první bude pravděpodobněji implementovat nové nástroje umělé inteligence.
Ve skutečnosti se však očekává, že o práci přijde více lidí v rozvojových zemích. Úspěch každého národa bude záviset na tom, jak dobře se dokáže přizpůsobit vysídlení své pracovní síly.
úroveň a vývoj informačních a komunikačních technologií v různých zemích v čase
jak se zkušenosti jednotlivých zemí srovnávají s ostatními
rozsah, v jakém může země vyvinout a využít tyto technologie k posílení vlastního růstu a rozvoje v kontextu dostupných schopností a dovedností.
Jinými slovy, skóre země v tomto indexu lze korelovat s tím, jak dobře se přizpůsobuje vznikajícím technologiím, jako je umělá inteligence.
Není překvapením, že rozvinuté země jsou na vyšší pozici než zbytek světa. V roce 2012 se mezi prvními pěti zeměmi umístila Korejská republika, Švédsko, Island, Dánsko a Finsko. Posledních pět bylo Eritrea, Burkina Faso, Čad, Středoafrická republika a Niger.
Bohatství a příležitosti dělají rozdíl
Světová banka rozdělila svět podle příjmů a regionů, což ukazuje, že rozvojové země patří mezi země s nejnižšími příjmy.
Obecně řečeno, zaměstnávání lidí je v rozvojových zemích mnohem snazší kvůli nižším mzdám, přísnější konkurenci a menší regulaci na podporu zaměstnanců.
Světová banka odhaduje, že asi 84 % světové populace v produktivním věku žije v rozvojových zemích. Podobně zpráva Mezinárodní organizace práce z roku 2008 odhaduje, že 73 % všech pracovníků na světě žije v rozvojových zemích, zatímco pouze 14 % žije ve vyspělých průmyslových zemích.
To znamená, že jakákoli úřednická místa, která AI v rozvojových zemích neobsadí, se stanou konkurenceschopnějšími, než je většina lidí schopna zvládnout. Jak napsala hlavní ekonomka Světové banky Indhira Santosová v roce 2016 s odkazem na digitální revoluci:
„[…] pracovní místa, o která pracovníci pravděpodobně přijdou, jsou disproporčně zastávána nejméně vzdělanými a spodními 40 procenty distribuce příjmů. V důsledku toho není největším rizikem digitální revoluce masivní nezaměstnanost, ale prohlubující se příjmová nerovnost.“
Tyto faktory povedou v rozvojových zemích k ekosystému ovládanému zaměstnavateli. Tyto země mají jak vyšší výskyt pracovních míst, která lze nahradit nebo přemístit (například práce v call centrech), tak méně peněz a dovedností potřebných k efektivní implementaci nástrojů umělé inteligence.
Náklady a dostupnost programů a algoritmů umělé inteligence také urychlí tento proces v určitých regionech.
Důležité zůstává kritické myšlení
Odborníci poznamenávají, že AI vytvoří mnoho pracovních příležitostí, včetně pracovních míst, která ještě neexistují. Jenomže ne všechny země budou dobře vybaveny k tomu, aby přechod provedly, až přijde čas.
Zpráva Future of Jobs (Práce zítřka) říká, že „analytické myšlení a kreativní myšlení zůstávají nejdůležitějšími dovednostmi pracovníků.“ Pokud se tedy obáváte, že si práci udržíte i v budoucnu, stojí za to získat více těchto dovedností.
Kromě toho se můžete zastavit a zvážit, jak by místo, kde žijete, mohlo hrát roli v tom, zda budete mít v budoucnu práci. A pokud náhodou žijete v bohaté, rozvinuté zemi, považujte se za šťastlivce.
Foto: Zhenhua Xie/Brookhaven National Laboratory a Columbia University; Erwei Huang/Brookhaven National Laboratory
Ve snaze zmírnit oteplování klimatu způsobené člověkem se vědci zaměřují na způsoby, jak odstranit oxid uhličitý z atmosféry. Jeden z nových způsobů, jak toho dosáhnout, právě oznámili vědci z Brookhaven National Laboratory (BNL) a Columbia University (CU).
Vědci se proto snaží najít způsoby, jak ho z atmosféry dostat v naději, že to pomůže zpomalit, nebo dokonce zvrátit nebezpečný trend oteplování planety.
Zatímco přeměna CO2 na nanovlákna byla vyzkoušena již dříve, proces vyžadoval výjimečně vysoké teploty přesahující 1000 °C. Výzkumníci BNL a CU tento požadavek obešli rozdělením procesu konverze do několika fází pomocí různých procesů.“Pokud rozdělíte reakci do několika dílčích reakčních kroků, můžete zvážit použití různých druhů vstupu energie a katalyzátorů, aby každá část reakce fungovala,“ řekl hlavní autor studie Zhenhua Xie.Nejprve vědci použili elektrokatalyzátor palladia na uhlíku, který po zavedení elektrického proudu štěpil směs CO2 a vody na oxid uhelnatý (CO) a vodík (H2).
Poté se obrátili na termokatalyzátor vyrobený ze slitiny železa a kobaltu. To jim umožnilo roztočit CO z prvního stupně do uhlíkových nanovláken při teplotě pouhých 400 ° C (asi 452 ° F), což je podle nich mnohem dosažitelnější úroveň tepla pro použití v průmyslovém měřítku. „Propojením elektrokatalýzy a termokatalýzy využíváme tento tandemový proces k dosažení věcí, kterých nelze dosáhnout ani jedním procesem samotným,“ řekl Jingguang Chen z CU, který vedl výzkum.A co víc, když se uhlíková nanovlákna tvořila, odsunula katalyzátor z povrchu, což umožnilo jeho zachycení a opětovné použití.
Foto: Národní laboratoř Zhenhua Xie/Brookhaven National Laboratory a Kolumbijská univerzitaFoto: Zhenhua Xie/Brookhaven National Laboratory a Columbia University; Erwei Huang/Brookhaven National Laboratory
Pokud jde o opětovné použití, vědci také říkají, že vodík vyrobený v první fázi by mohl být navíc zachycen a znovu použit jako zdroj paliva. „Pro praktické aplikace jsou oba opravdu důležité – analýza stopy CO2 a recyklovatelnost katalyzátoru,“ řekl Chen. „Naše technické výsledky a tyto další analýzy ukazují, že tato tandemová strategie otevírá dveře pro dekarbonizaci CO2 na hodnotné pevné uhlíkové produkty při výrobě obnovitelného H2.“Protože jsou velmi silná, vědci říkají, že uhlíková nanovlákna by mohla mít řadu aplikací, zejména jako zpevňovač betonu.“Uhlíková nanovlákna můžete vložit do cementu, abyste cement zpevnili,“ řekl Chen. „To by uzamklo uhlík v betonu alespoň na 50 let, potenciálně déle.“ Do té doby by se svět měl posunout primárně k obnovitelným zdrojům energie, které nevypouštějí uhlík.“
Foto: X-59 Quiet SuperSonic Technology/Lockheed Martin
NASA a Lockheed Martin představily tiché nadzvukové letadlo X-59. Pomocí tohoto jedinečného experimentálního letadla chce NASA shromáždit data, která by mohla způsobit revoluci v letecké dopravě a připravit cestu pro novou generaci komerčních letadel, která mohou cestovat rychleji, než je rychlost zvuku.
„Je to velký úspěch, který byl možný pouze díky tvrdé práci a vynalézavosti NASA a celého týmu X-59,“ řekla zástupkyně administrátora NASA Pam Melroy. „Během několika málo let jsme přešli od ambiciózního konceptu k realitě. NASA X-59 pomůže změnit způsob, jakým cestujeme, a sblíží nás za mnohem kratší dobu.“
Melroy a další vysocí úředníci odhalili letadlo během ceremonie pořádané hlavním dodavatelem Lockheed Martin Skunk Works ve svém zařízení v Palmdale v Kalifornii.
X-59 je v centru mise NASA Quesst, která se zaměřuje na poskytování dat, která mají pomoci regulačním orgánům přehodnotit pravidla zakazující komerční nadzvukové lety nad pevninou. Už 50 let zakazují USA a další státy takové lety kvůli rušení způsobenému hlasitými, překvapivými sonickými třesky v komunitách pod nimi. Očekává se, že X-59 bude létat rychlostí 1,4krát vyšší než rychlost zvuku, neboli 925 mph. Jeho konstrukce, tvarování a technologie umožní letadlu dosáhnout těchto rychlostí a zároveň generovat tišší zvukové rány.
„Je vzrušující zvážit úroveň ambicí Quesstu a jeho potenciální výhody,“ řekl Bob Pearce, přidružený administrátor pro letecký výzkum v ústředí NASA ve Washingtonu. „NASA bude sdílet data a technologie, které vytvoříme z této jedinečné mise, s regulačními orgány a průmyslem. Předvedením možnosti tichého komerčního nadzvukového cestování po zemi se snažíme otevřít nové komerční trhy pro americké společnosti a přinášet výhody cestujícím po celém světě.“
Po dokončení zavádění se tým Quesst přesune k dalším krokům v rámci přípravy na první let: testování integrovaných systémů, běhu motoru a testování taxi pro X-59.
Letoun má poprvé vzlétnout koncem tohoto roku, po kterém bude následovat jeho první tichý nadzvukový let. Tým Quesst provede několik letových testů letadla ve Skunk Works, než jej přenese do Armstrong Flight Research Center NASA v Edwards v Kalifornii, které bude sloužit jako jeho operační základna.
„V rámci obou týmů spolupracovali talentovaní, oddaní a zapálení vědci, inženýři a produkční řemeslníci na vývoji a výrobě tohoto letadla,“ řekl John Clark, viceprezident a generální manažer Lockheed Martin Skunk Works. „Je nám ctí, že můžeme být součástí této cesty, abychom společně s NASA a našimi dodavateli utvářeli budoucnost nadzvukového cestování po zemi.“
Jakmile NASA dokončí letové testy, agentura bude létat s letadlem nad několika vybranými městy po celých Spojených státech, přičemž bude shromažďovat informace o zvuku, který X-59 generuje, ao tom, jak jej lidé vnímají. NASA tyto údaje poskytne Federálnímu úřadu pro letectví a mezinárodním regulačním orgánům.
X-59 je unikátní experimentální letoun, nikoli prototyp – jeho technologie mají informovat budoucí generace tichých nadzvukových letadel.
Při délce 99,7 stop a šířce 29,5 stop umožní tvar letadla a technologický pokrok, který obsahuje, tichý nadzvukový let. Tenký, zkosený nos X-59 tvoří téměř třetinu jeho délky a rozbije rázové vlny, které by normálně vedly k tomu, že nadzvukové letadlo způsobí sonický třesk.
Díky této konfiguraci je kokpit umístěn téměř v polovině délky letadla a nemá okno směřující dopředu. Místo toho tým Quesst vyvinul eXternal Vision System, sérii kamer s vysokým rozlišením napájející 4K monitor v kokpitu.
Tým Quesst také navrhl letadlo s motorem namontovaným nahoře a dal mu hladkou spodní stranu, aby pomohl zabránit tomu, aby se rázové vlny sloučily za letadlem a způsobily sonický třesk.
Starlink je název satelitní sítě vyvinuté soukromou společností pro lety do vesmíru SpaceX za účelem poskytování levného internetu do vzdálených míst, která navíc zajišťuje internetové připojení také na bojišti. Ačkoliv se jedná o velmi významnou pomoc bojující Ukrajině, Starlink podle Space.com, skýtá několik významných problémů, kvůli kterým jej nelze považovat za samospásný prostředek.
Starlink je projektem soukromé americké společnosti SpaceX. Cílem projektu je vytvořit satelitní megakonstelaci, která by v budoucnu měla čítat až 42 000 satelitů a umožní internetovým připojením pokrýt prakticky celý svět, včetně míst, kde je „klasické pozemní“ internetové připojení nedostupné nebo nespolehlivé. K červenci letošního roku se na oběžné dráze nacházelo 4519 satelitů, z nichž bylo 4 487 funkčních. Terminály Starlink pak používají přímé připojení, které je vytvořeno kombinací pozemních antén a zmíněných satelitů.
Právě možnost pokrytí míst s nespolehlivým připojením satelitní konstelací Starlink se na Ukrajině po začátku ruské invaze jevila jako funkční, proto ukrajinská vláda již v prvních dnech invaze sama požádala o dodávku pozemních terminálů Starlink. V dubnu 2022 pak společnost SpaceX společně s americkou vládou na Ukrajinu dodaly prvních 5000 kusů terminálů, kdy společnost SpaceX nepožadovala od Ukrajiny platbu za většinu těchto terminálů a služby s nimi spojené. Představitelé společnosti již v říjnu minulého roku uvedli, že do konce roku bude samotný provoz terminálů stát 120 milionů dolarů a téměř 400 milionů dolarů po následující rok.
Tahanice ohledně platby za terminály Starlink a služby s nimi spojené jsou však prvním problémem. Přirozeně nelze očekávat, že soukromé společnosti budou financovat nejrůznější projekty na dobu neurčitou, aniž by se jim alespoň část peněz nevrátila nebo náklady nebyly kompenzovány jinak. Je tedy otázkou, zda je např. pro Alianci do budoucna vhodné spoléhat se na terminály Starlink, aniž by byly sjednány podmínky financování. V případě Ukrajiny nakonec platbu za služby převzalo americké ministerstvo obrany. Dalším významným problémem spojeným s faktem, že Starlink je soukromý projekt, je několik kauz týkajících se omezení dostupnosti internetového připojení v konkrétních regionech nebo pro konkrétní akce.
Rusko se také od samotného začátku využívání Starlinku na Ukrajině snaží o jeho rušení a provádí vůči satelitům a terminálům různé kybernetické útoky za účelem narušení komunikace a znemožnění využití pozemních terminálů. Ačkoliv podle vyjádření amerických expertů se Rusku prozatím nepodařilo výrazně omezit funkčnost terminálů Starlink, nelze to do budoucna vyloučit. Existují totiž informace o tom, že v bojích na východě Ukrajiny ruské jednotky několik terminálů Starlink ukořistily a také se jim údajně podařilo „zanést“ tablety a mobilní telefony sdílející data se Starlinkem malwarem.
Je třeba zdůraznit, že Rusko není jediným státem, který Starlink zkoumá a vyvíjí proti němu protiopatření. Dalším aktérem, který si je vědom síly Starlinku, je Čína. Právě o Starlinku a jeho úspěchu se čím dál častěji začíná hovořit v souvislosti s možnou válkou o Tchaj-wan, kdy by Starlink mohl tchajwanským jednotkám posloužit jako záložní komunikační nástroj v případě čínských kybernetických útoků a rušení ostatních komunikačních nástrojů. Čína se tak již dnes zabývá způsoby, jak proti Starlinku bojovat, což potvrzují četné články v čínských odborných časopisech (např. Modern Defense Technology) a také fakt, že Čína podle posledních informací vyvíjí kybernetický nástroj, pomocí kterého bude schopna převzít kontrolu nad ostatními satelity. Čína také disponuje mikrovlnným prostředkem o síle až 10 gigawattů, kterým by mohla významně poškodit nejen nepřátelské letouny a drony, ale také satelity. Existují také informace o vývoji čínského ekvivalentu Starlinku. Lze tak předpokládat, že vzhledem k neformální alianci mezi Čínou a Ruskem, může dojít k určitému transferu technologií a Rusko by mohlo být do budoucna schopno vyřadit Starlink z provozu.
Starlink bezpochyby patří k významným „pomocníkům“ v ukrajinském boji. Nejednou se však prokázalo, že fakt, že jde o soukromý projekt, může být významnou přítěží právě při vojenském využití. To neznamená, že bychom např. jako Aliance měli přestat uvažovat o Starlinku nebo jeho ekvivalentu jako o možné náhradě a nouzovém řešení satelitní komunikace, avšak do budoucna je třeba uvažovat o propojitelnosti takovéhoto prostředku s ostatními aliančními systémy a zejména je potřeba uvažovat nad požadavkem, aby daný prostředek nebyl v optimálním případě vlastněn soukromou společností.
„Streamování je budoucnost a prostřednictvím naší strategické spolupráce se společností Verizon společně vylepšujeme klíčové bezpečnostní technologie 21. století, které posouvají rychlost, efektivitu, kvalitu a spolehlivost tam, kde to naši zákazníci nejvíce potřebují,“ řekl Marc O’Brien, senior manažer společnosti Virtuální prototypování ve společnosti Lockheed Martin Skunk Works.
Tyto technologie umožňují koncept „Maintainer a Node“ společnosti Lockheed Martin, pomocí kterého připojený správce přijímá všechny informace, kde, kdy a jak jsou potřeba v prostředí kritickém pro latenci.
V rámci pokračující strategické spolupráce společnosti ověřily tři klíčové technologické oblasti:
5G na okraji pro kritické interakce s latencí komplexních vizualizačních aplikací, jako jsou rozšířené, virtuální nebo rozšířené zážitky z reality
Streamování komplexního 3D vizualizačního obsahu v reálném čase
Streamování na okrajová výpočetní zařízení včetně tabletů, mobilních zařízení, náhlavních displejů (HMD) a dalších
V letošním roce se Lockheed Martin a Verizon zaměřily na streamování obsahu pro případy použití v oblasti udržitelnosti, kde jsou pokročilé možnosti vizualizace zásadní pro podporu správce s Resilient Logistics in a Contested Environment (RLCE). Příklady těchto případů použití:
3D pracovní pokyny založené na krocích
Nasazení obsahu rozšířené/virtuální/rozšířené reality
Vzdálená plocha špičkových scénářů 3D aplikací v reálném čase
Vzdálená pomoc a další 3D graficky náročné aplikace
Příklady demonstrovaly zkušenost s rozšířenou realitou pro více uživatelů napříč různými geolokacemi streamujícími velký 3D CAD modul vzdušného prostoru v reálném čase. Cílovým zobrazovacím zařízením byl HoloLens, který využíval streamovací platformu Holo-Light spolupracovníka projektu spolu s Verizon 5G Edge s vlnovou délkou AWS přes 5G síť Verizonu. Demonstrace podtrhuje hodnotu budoucích streamovacích přístupů pro aplikace udržitelnosti a zajišťuje, že data jsou bezpečná a obsah efektivní a efektivní.
„Toto úsilí ukazuje, jak partnerství Verizonu se společností Lockheed Martin využívá ohromné schopnosti 5G a edge computingu k transformaci datového streamování a AR zkušeností k vytváření pokročilých schopností pro vojenské operace podpory,“ řekl Chris Halton, viceprezident produktové strategie a inovací ve Verizonu.
Toto úsilí se shoduje s širší spoluprací mezi Lockheed Martin a Verizon na zdokonalení kritických aplikací pro sdílení dat 5G.MIL ® pro DOD, zlepšení bezpečnosti, odolnosti, interoperability a výkonu pomocí kombinace komerční a vládní technologie. Tato spolupráce a demonstrace jsou ukázkovými příklady bezpečnostní vize 21. století společnosti Lockheed Martin, která zákazníkům z americké armády rychle dodá schopnosti, které mění hru.
Válka na Ukrajině je pravděpodobně prvním konfliktem, ve kterém se v tak velkém měřítku využívají výdobytky moderní techniky. Moderní válčení se živí neustálým rychlým proudem dat, který je stejně důležité jako zásoba paliva nebo munice, napsal WPTech. Způsob poskytování klíčových informací vyvinula polsko-finská společnost ICEYE.
Pravidelný, téměř reálný pohled hluboko do nepřátelských zad je snem mnoha velitelů nebo politiků. V průběhu let se to podařilo za pomoci průzkumných letounů, jako je slavný U-2 nebo obdivuhodní letečtí nadšenci, vyřazení z provozu na konci 20. století, superrychlý SR-71 Blackbird.
V dnešní době jejich roli stále více přebírají různé typy bezpilotních systémů, jako je Global Hawk nebo radioelektronická průzkumná letadla. Průzkumné stroje čile krouží na hranici bezpečného vzdušného prostoru a hledají jakékoli elektromagnetické emise související s činností nebo pouhou přítomností různých typů zařízení.
Nejlepšími příklady jsou mise švédského Gulfstreamu S102B letícího podél východní hranice Polska nebo britského letounu RC-135W Rivet Joint létajícího poblíž Krymu. V mnoha případech se však stále ukazuje jako nenahraditelný pohled „shora“, který umožňují různé druhy satelitů.
Čas mikrosatelitů
Po mnoho let vývoje vesmírných technologií byly takové možnosti vyhrazeny největším mocnostem, schopným postavit a vynést na oběžnou dráhu velká, těžká a velmi drahá zařízení. Postupující miniaturizace, stejně jako klesající náklady na vynášení nákladu na oběžnou dráhu , také přilákaly soukromé subjekty k zobrazování vesmíru. Jedním z nich je ICEYE – společnost založená v roce 2014 studenty finské univerzity Aalto, Rafał Modrzewski a Pekka Laurila.
Vizualizace letů průzkumných letadel od 25. července do 25. srpna 2022/ Orion Intel
Radar je zařízení, které využívá hodně energie. Zahřívá se, musí tuto sílu sbírat, distribuovat. Dlouho šlo o velikost – to bylo zásadní. Začali jsme s myšlenkou malých satelitů, které jsme stavěli na univerzitě. Jako trochu arogantní studenti, kteří nevidí žádné překážky, jsme se rozhodli do nich umístit radar a poté jsme se zaměřili na jejich obchodní využití. Napadlo nás monitorovat led v Arktidě v souvislosti s novou severní námořní cestou – vysvětluje Rafał Modrzewski.
To, co odlišuje schopnosti družic ICEYE, je skutečnost, že se konstelace společnosti neomezuje pouze na běžné fotografie. Satelity jsou jedinečně vybaveny svým radarem SAR (Synthetic Aperture Radar).
Radar AN/APG-68 SAR namontovaný na letounech F-16/ Zdroj: ICEYE
Jedná se o řešení, které umožňuje virtuálně zvětšit velikost antény odesláním signálu z mobilního vysílače a tím zvýšit rozlišení získaného obrazu. To umožňuje nahradit obrovské struktury radarem dostatečně malým, aby se dal umístit do mikrosatelitu. Jde o obrovský kvalitativní skok, protože družice s radarem dokáže mnohem více než družice s i tou nejlepší kamerou.
– Jsme schopni fotit nejen pro jakoukoliv oblast, ale i bez ohledu na povětrnostní podmínky či denní dobu. Vidíme skrz mraky, přes kouř, ale také třeba přes maskovací sítě. Může být noc, absolutní tma a naše fotografie bude mít stejnou kvalitu, jako kdyby byla pořízena na dokonale osvětleném místě – vysvětluje Rafał Modrzewski. Poukazuje také na to, že – ačkoli teoreticky mohou být radarové systémy narušeny – skrýt něco před satelitem s radarem SAR je v současné fázi vývoje technologií velmi obtížné.
Satelitní průzkum pro Ukrajinu
Výhodu, kterou poskytuje satelitní průzkum, dobře chápou Ukrajinci, pro které je informační převaha nad ruským agresorem jedním z pilířů efektivní obrany. Kromě údajů poskytnutých zeměmi podporujícími Ukrajinu obránci nezanedbávají ani průzkum, získaný vlastními silami.
Výsledkem takového přístupu je dohoda podepsaná mezi Fundacja Charity im. Serhija Prytuli a ICEYE. Ukrajinské straně poskytuje přístup k datům poskytovaným celou konstelací 21 mikrosatelitů. Toto zařízení je navrženo a z velké části vyrobeno v Polsku. Také v Polsku je řídící centrum pro celý roj vesmírných zvědů.
Radarový snímek finského města Rovaniemi/Zdroj: ICEYE
Jejich velký počet se promítá do vysoké frekvence osvěžování získaných informací. Namísto nabízení jednotlivých snímků dané oblasti denně, jako je tomu v případě jednotlivých satelitů, je ICEYE schopno poskytnout snímky stejného místa, pořízené například každé dvě hodiny. To vám umožní sledovat změny s velmi malým – co se týče průzkumu vesmíru – zpožděním. Je těžké přeceňovat význam takových schopností pro armádu.
Radar na oběžné dráze a polský případ
Polští politici v posledních měsících neustále předkládají nové plány na nákup vojenské techniky. Tanky, děla a raketové dělostřelectvo, nová letadla nebo ambiciózní plány na pořízení balistických střel kompatibilních se systémy HIMARS/MLRS – to vše je působivé a přitahuje pozornost.
Celá tato působivá technika a šokující cena vybavení však nevadí, pokud není splněna základní podmínka: abyste mohli střílet, musíte nejprve vědět, na co střílet.
Tři mikrosatelity ICEYE v raketovém modulu Falcon 9, vynesené na oběžnou dráhu během mise Transporter-1/Zdroj: ICEYE
Průzkum je naprosto zásadní, dává povědomí o přítomnosti a aktivitě nepřítele. Vlajkovým příkladem důležitosti této problematiky je Polská námořní raketová jednotka, kde rakety NSM s dosahem 180 km mohou (pokud není cíl indikován jiným, externím senzorem) v praxi zasáhnout cíle na vzdálenost cca 50-60 km. Takový – pro námořní účely – je dosah radarů zahrnutých v systému, omezený mimo jiné tím přes zakřivení Země.
Polský průzkum pro polskou armádu
V polské armádě probíhá největší, generační, masová obměna techniky za více než 40 let . Jde o nezbytnou změnu, jejíž smysl odborníci nenarušují (ačkoli mnoho námitek nevznáší samotný výběr, ale postup rozhodování).
V souvislosti s obrovskými výdaji na armádu je na místě připomenout, že základem efektivních operací je nejen moderní technika a vycvičení lidé, ale také průzkum, včetně informací poskytovaných kosmickým „očima“.
V současné době jsme v této věci odsouzeni k dobré vůli našich spojenců a spolupráci se zahraničními subjekty, jako je italský COSMO SkyMed, jehož data zpracovává Středisko Image Reconnaissance Center v Białobrzegi, podřízené Generálnímu velitelství ozbrojených sil .
Válka na Ukrajině jasně ukazuje, jak důležité je, aby schopnosti kritické pro bezpečnost státu poskytovaly síly vlastního průmyslu a subjekty působící v jejich vlastních hranicích. Polsko už takové příležitosti má – stačí jen politická vůle, která se promítne do rozhodnutí, je využít.
Je možné, že se tak stane v blízké budoucnosti. Přestože si zainteresované strany zachovávají v této věci pochopitelnou zdrženlivost, jednání mezi polsko-finskou společností a ministerstvem národní obrany již probíhají.
Navrhovaný výtah by fungoval pomocí zachyceného asteroidu na geostacionární oběžné dráze, který by fungoval jako protiváha pro kosmodrom umístěný v oceánu, píše dezeen.com. Oba by pak byly spojeny robustním lanem, které by bylo spuštěno na Zemi z asteroidu.
Toto spojení by umožnilo malým dronům stoupat a klesat šplháním po laně a přepravovat lidi i náklad mezi kosmodromem na úrovni moře a vesmírnou stanicí umístěnou více než 26 000 kilometrů nad Zemí.
Hughes připouští, že tato myšlenka je dnes možná fantazijní, ale věří, že vesmírné výtahy se budou používat i v budoucnu. Hughes pracuje jako architekt v Londýně a ve svém volném čase navrhl vesmírný výtah Ascensio.
Použití výtahu má nahradit rakety, které jsou podle něj neefektivní, drahé a škodlivé pro životní prostředí. Návrh zahrnuje svržení konstrukce podobné kabelu z vesmírného přístavu na zem. Poté by se spojila s lodí, která se může pohybovat po oceánu, aby udržela tempo s vesmírným přístavem.
Jordan William Hughes, narozený v Barrow, navrhl výtah, který přepravuje cestující do vesmíru. Jeho futuristický koncept byl oceněn cenou za vesmírnou architekturu a inovace od nadace Jacques Rougerie v Paříži.
Foto: Jordan William Hughes/dezeen.comFoto: Jordan William Hughes/dezeen.comFoto: Jordan William Hughes/dezeen.comFoto: Jordan William Hughes/dezeen.comFoto: Jordan William Hughes/dezeen.com
V rozhovoru pro BBC Cumbria Hughes řekl: „Změnilo by to způsob, jakým se dostáváme do a z vesmíru, a učinilo by to životaschopnější proces.“ Dále Hughes řekl, že myšlenka vesmírných výtahů existuje již nějakou dobu a byla zvažována ve sci-fi a studiích reálného světa.
Přesto věří, že nápad se ještě nějakou dobu nestane realitou. „Bylo by to velmi drahé. Je to velmi ambiciózní projekt a neočekávám, že bude postaven v příštích 10 letech,“ řekl. „Ale jsem si skoro jistý, že v určitém okamžiku to bude postaveno. Ne můj projekt, ale vesmírný výtah.“
Hughes věří, že základní vlastnosti Ascensia – jeho mobilita, nízká hmotnost a bezpečnostní výhody – budou přítomny v budoucích vyrobených vesmírných výtahech.
„Dnes je to trochu fantazijní, ale jsem si jistý, že se to stane, protože to je jediný způsob, jak vesmírné cestování a průzkum vesmíru skutečně fungují a jsou efektivní.“
Vzhledem k tomu, že vyhlídka na jadernou válku visí stále ve vzduchu, možná by stálo za to prověřit, co – pokud vůbec něco – lze udělat, abyste zvýšili své šance na přežití, píše IFL Science.
Vraťme se tedy zpět ke studii zveřejněné před několika lety, která se zabývala tím, jak chování člověka může změnit jeho šance na přežití, a také nejlepším postupem, který lze učinit, pokud uprostřed města, ve kterém žijete, vykvete obrovská koule smrti.
Zde je scénář: 10 kilotunové improvizované jaderné zařízení je odpáleno v centru Washingtonu DC na křižovatce ulic K Street NW a 16th Street NW 15. května 2006 v 11:15 EDT. Co by se stalo?
Už máme docela dobrou představu o tom, co se stane s městem, když je odpálena jaderná bomba. Pokud by šlo o povrchový výbuch, pak by se radiace rozšířila dále a ohnivá koule ve středu by byla větší, než kdyby byla odpálena nad městem.
Ta ohnivá koule, která se zformuje za miliontinu sekundy, je tak horká, že všechno v bezprostřední blízkosti by bylo zničeno. V podstatě by se veškerá hmota, ať už je to budova, ve které se nacházíte, židle, na které sedíte, nebo vy sami – změnila z pevné látky na plyn. Ve scénáři studie předpovídají, že celý blok ve Washingtonu DC bude přeměněn přímo na plazmu.
V návaznosti na to by tepelné záření způsobilo popáleniny prvního stupně spolu s očekávaným jaderným zářením. Zároveň by se šířila masivní rázová vlna, dokud by vám nezůstal pouze jaderný spad, který prší shora. To vše je fyzika, a tak je vše předvídatelné.
Lidé jsou na druhou stranu notoricky nepředvídatelní. Cílem studie bylo objasnit to pomocí systému známého jako „modelování agentů“. Ve skutečnosti to spouští řadu různých scénářů toho, co by lidé mohli udělat. Od nejméně složitého chování po chaotické jednání, přičemž jednotliví „agenti“ v modelu jednají a reagují svým vlastním způsobem. Buď vyhledáním úkrytu, evakuací oblasti, hledáním zdravotní péče, nebo starosti o ostatní. Tým pak na základě výsledků vypočítal nejlepší postup.
Během prvních 10 minut, bez ohledu na to, co kdo dělá, zemře 90 000 lidí. Zcela předvídatelně, pokud nikdo nic neudělá, zemře mnohem více – podle studie zhruba až 279 020 během 48 hodin. Pokud se lidé začnou chovat výše naprogramovaným způsobem, pak počet úmrtí dramaticky klesne, zvláště pokud lidé zůstanou ve svém domě alespoň 12 hodin.
Vědci ale také přišli na to, co by se pravděpodobně stalo, kdyby se přeživší vydali hledat své blízké. Je úžasné, že mnozí skutečně cestují do zóny dopadu. Jak byste očekávali, více lidí nakonec zemře, pokud vyhledají členy rodiny, protože je pravděpodobnější, že opustí svůj úkryt a vystaví se tak radiaci. Je zajímavé, že vědci poznamenávají, že by to mohlo být minimalizováno rychlým opravením komunikace, aby si lidé mohli volat a vědět, že ostatní jsou v bezpečí.
Zdá se tedy, že je lepší zaparkovat ve svém domě, dávat si pozor na bod číslo jedna a zapomenout na pokusy o záchranu přátel, blízkých nebo domácích mazlíčků. V tak vyhrocené situaci je prostě lepší, ať se postarají sami o sebe. Je tady větší šance, že se nakonec shledáte.
Podle IFL Science existuje mnoho lidových léků proti nadměrnému pití alkoholu, ale bohužel většinou při testování selhávají. To je v pořádku, když si dáte o jedno pivo víc, méně už, když čelíte smrtelné otravě alkoholem. Nová studie však ukazuje, že kontrolovaným těžkým dýcháním můžete dosáhnout překvapivých výsledků.
Odhaduje se, že každý rok zemřou 3 miliony lidí na následky užívání alkoholu. V mnoha případech to souvisí s dlouhodobou nadměrnou konzumací, ale u některých je to důsledek extrémního flámu v době, kdy nebyla dostupná nemocnice.
Doktor Joseph Fisher z kanadské University Health Network poznamenal, že jakmile se etanol dostane do krevního oběhu, z 90 procent se odbourá tím, že se metabolizuje v játrech, což je orgán, který nelze uspěchat. Kromě dialýzy je v současné době jediné, co lze pro člověka s nebezpečně vysokou hladinou alkoholu v krvi udělat, léčba příznaků, například zajištění dostatečného přísunu kyslíku do mozku.
V časopise Scientific Reports tým odhalil, že tento nápad může fungovat, ale je k tomu potřeba určitá pomoc. „Nemůžete jen tak hyperventilovat, protože za minutu nebo dvě by se vám zatočila hlava a omdleli byste,“ upozornil Fisher ve svém prohlášení.
Přes všechny škody, které oxid uhličitý v atmosféře způsobuje, hraje v krevním řečišti zásadní roli a příliš rychlé dýchání ho spolu s etanolem vylučuje. Pokud mravenčení v končetinách a závratě nezastaví nadměrné dýchání, přijdou mdloby.
Dr. Fisher a jeho tým vytvořili zařízení, které zachycuje část vyloučeného CO2 a při nádechu jej vrací zpět do těla, čímž udržuje optimální hladinu tohoto plynu v krevním řečišti, zatímco alkohol je postupně vylučován. „Je to velmi jednoduché, technologicky nenáročné zařízení, které by se dalo vyrobit kdekoli na světě: není zapotřebí žádná elektronika, žádné počítače ani filtry,“ řekl Dr. Fisher . „Je téměř nevysvětlitelné, proč jsme to nezkusili už před desítkami let.“
Zatím je skupina vzorků týmu omezena na pět zdravých mužů s koncentrací alkoholu v krvi kolem 0,1 procenta; je nepravděpodobné, že by byli nebezpeční, pokud nesedí za volantem auta nebo neobsluhují stroje. Jak dobře by to fungovalo v klinickém prostředí, se teprve ukáže, protože lidé opilí natolik, že by mohli být nebezpeční, by nemuseli dodržovat pokyny. Nicméně ti, kteří se zúčastnili studie, dokázali zvýšit eliminaci etanolu třikrát. Účastníci považovali tento proces za nudný, ale ne nepříjemný. Když už nic jiného, mohl by být Fisherův přístroj užitečný pro ty, kteří potřebují vystřízlivět.
Systém může být také užitečný k ochraně umění, bank a dokonce i datových center
Mezinárodní tým výzkumníků vypracoval způsob, jak pořizovat vysoce zabezpečené a vysoce přesné snímky obsahu jakékoli místnosti, píše IFL Science. Pomocí rádiových antén a zrcadel je možné vytvořit „rádiové otisky barelů“ tak přesné, že si všimnete posunutí objektu jen o několik milimetrů. Tato technologie by mohla mít mnoho aplikací, ale tým měl na mysli hlavně jaderné zbraně.
Smlouvy o kontrole zbrojení poskytují světu určitou jistotu, že jaderné zbraně lze alespoň sledovat a že bezohlednému národu lze prostřednictvím inspekce a sledování zabránit v tajném hromadění či přesunu zásob hlavic s nepřátelskými úmysly. Jejich metoda umožňuje vzdálené monitorování objektů, kde mají být jaderné zbraně uloženy.
„Sedmdesát procent světových jaderných zbraní je uchováváno ve skladu pro vojenské zálohy nebo čekají na demontáž,“ uvedl v prohlášení spoluautor Dr. Sebastien Philippe z Princetonské univerzity. „Přítomnost a počet takových zbraní na jakémkoli místě nelze snadno ověřit pomocí satelitních snímků nebo jiných prostředků, které nejsou schopny vidět do úložných trezorů.“
„Kvůli obtížím [s jejich sledováním] není těchto 9 000 jaderných zbraní zahrnuto do stávajících dohod o kontrole jaderných zbraní. Tato nová ověřovací technologie řeší tuto dlouhodobou výzvu a přispívá k budoucímu diplomatickému úsilí, které by usilovalo o omezení všech typů jaderných zbraní.
Nejjednodušší nastavení systému je tvořeno dvěma anténami. Jeden vysílá rádiové vlny, které se odrážejí kolem stěn místnosti a přítomných předmětů, a druhý je přijímá. Nyní toto nastavení funguje skvěle pro vytvoření rádiového otisku prstu – pokud jste si jisti, že lidé, kteří vlastní zařízení, jsou důvěryhodní. Protože otisk rádia nepřichází s časovým razítkem, potřeboval něco víc, aby fungoval v různých situacích.
Tým použil 20 rotujících zrcadel nainstalovaných v místnosti, která byla monitorována. Mít zrcátko ve vyměnitelných specifických polohách umožňuje další úroveň zabezpečení, kterou lze použít k posílení přístupu rádiových otisků prstů.
V polním testu byl systém nasazen v kontejneru se sudy, které bylo možné přemisťovat. Na otisku prstu by se projevil pohyb jen o několik milimetrů, což byl vynikající výsledek. Tým také testoval, zda algoritmus AI dokáže rozluštit spojení mezi polohou zrcadla a rádiovými otisky prstů. Ukazuje se, že by to šlo, ale že to nešlo rychle.
„S 20 zrcadly by útočníkovi trvalo osm týdnů, než by dekódoval základní matematickou funkci,“ dodal hlavní autor Johannes Tobisch. „Díky škálovatelnosti systému je možné ještě více zvýšit bezpečnostní faktor.“
Bolení hlavy spočívá v tom, že takové dohody často spočívají na paradoxu. Pokud si dva národy navzájem důvěřují natolik, aby takovou dohodu uzavřely v dobré víře, pak se ověřování stává pouhou bezúčelnou formalitou. Koneckonců, Británie i Francie mají jaderný arzenál, ale nemají dohodu o kontrole zbrojení, protože ji nepotřebují...
Na druhou stranu, pokud dva národy, které si navzájem nedůvěřují, uzavřou takovou dohodu, pak se ověření stává nutností. Ověření však vyžaduje důvěru, jejíž nedostatek je podstatou dohody. Pokud neexistují velmi silné pobídky, jaké existovaly po rozpadu SSSR, může se to rychle stát pokračující hrou klamu a dvojího obchodování.
Bojová vozidla na podvozku Waran byla podle polské zbrojní skupiny (PGZ) k vidění v ulicích Sanoku na platformě X. Významným detailem na vozidlech je přítomnost odpalovacích zařízení systému Gladius, píše WP Tech.
Kolové obrněné transportéry Waran, které vyrábí společnost Huta Stalowa Wola (HSW), jsou v současné době podrobovány silničním zkouškám. Dne 16. října se vozidla objevila v ulicích Sanoku,“ uvádí se v dokumentu X. Místo, kde testy probíhají, není náhodné, protože právě v sanokské továrně Autosan (jejímž je HSW spolumajitelem) se Warany vyrábějí.
Na záběrech zveřejněných PGZ jsou vidět pouze dva Warany – oba ve stejném provedení s odpalovacím zařízením pro bezpilotní letouny systému Gladius v horní části konstrukce. Liší se pouze nátěrem (kamufláží).
Polské Varangy pro armádu
Naposledy jsme o novém provedení pro polskou armádu slyšeli v srpnu, kdy armáda stroje představila před varšavským Národním stadionem v rámci tehdy probíhající přehlídky. Předtím však téma Varangianů otevřelo ministerstvo obrany v prosinci 2022. Tehdy ministerstvo informovalo o dodávce prvních prvků tvořících bezpilotní vyhledávací a úderný systém Gladius.
Nyní PGZ uvádí, že výrobce provádí silniční testy transportéru, jehož prototypy se objevily v roce 2021, přičemž sériová výroba je plánována na rok 2023. Zmíněné vozidlo v kombinaci se systémem Gladius představuje soupravu, kterou lze označit za „oči polské armády“.
Systém Gladius, který vyrábí polská společnost WB Electronics, se skládá ze dvou dronů: FT-5 a BSP-U (známý jako Gladius-2). První z nich je nástrojem pro přesný vzdušný průzkum, zatímco druhý bezpilotní letoun je zase oběžnou municí pro přímé útoky na nepřátelský cíl. Obě lodě jsou integrovány se systémem řízení bojiště Topaz.
FT-5 je údajně schopen provádět průzkum ve výšce až 5 km po dobu až 10 hodin a má maximální rychlost 180 km/h. BSP-U zrychluje na o něco vyšší rychlost 200 km/h a očekává se, že dokáže účinně likvidovat cíle až do vzdálenosti 100 km od místa palby.
Samotné vozidlo Waran (v ulicích Sanoku se objevily neozbrojené UAV) je naproti tomu zařízení o hmotnosti přibližně 13 000 kg, které zrychluje na 110 km/h a na jedno natankování urazí až 650 km. Pancéřování je navrženo tak, aby poskytovalo balistickou a protiminovou ochranu druhého stupně (podle STANAG 4569). Základní výzbrojí Varanu je kulomet UKM-2000 ráže 7,62 mm a kromě toho je na palubě vozidla systém sebeobrany Obra-3 známý mimo jiné z KTO Rosomak a tanku PT-91 Twardy.
Vědci se domnívají, že jejich technologie „dláždí cestu pro levné, široce dostupné a soukromí chránící algoritmy pro lidské snímání“., píše ILF Science. Nedávný výzkum odhalil, že je možné využít signály vysílané z vašeho Wi-Fi routeru do záludného sledovacího systému, schopného sledovat pohyb lidí a dokonce číst text přes zdi.
Jeden příklad této technologie nedávno předvedl tým počítačových vědců z Carnegie Mellon University, který vyvinul hlubokou neuronovou síť, která digitálně mapuje lidská těla pouze pomocí signálů Wi-Fi.
Funguje na podobném principu technologie jako radar. Četné senzory zachycují, jak se rádiové vlny Wi-Fi odrážejí po místnosti v důsledku rušení od jiného objektu, jako je lidská chůze. Tato data jsou poté zpracována algoritmem strojového učení, který je schopen sestavit přesné snímky pohybujících se lidských těl.
„Výsledky studie odhalují, že náš model dokáže odhadnout hustou pozici více subjektů se srovnatelným výkonem s přístupy založenými na obrázcích, a to využitím signálů WiFi jako jediného vstupu,“ napsali vědci v předtištěném papíru zveřejněném v prosinci . 2022.
Ačkoli se někteří mohou obávat, že tato experimentální technologie představuje riziko, že bude rušivá, tým se domnívá, že ve skutečnosti „zachovává soukromí“ ve srovnání s kamerou. Algoritmus je schopen zachytit pouze hrubé polohy těla, nikoli rysy a vzhled lidí, takže by mohl nabídnout nový způsob sledování při zachování určitého stupně anonymity.
„Tato technologie může být přizpůsobena tak, aby monitorovala pohodu starších lidí nebo jen identifikovala podezřelé chování doma,“ píší.
V nedávném výzkumu vědci z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře prokázali další způsob, jak lze signály Wi-Fi použít ke sledování prostorů, dokonce i přes zdi. Pomocí podobné technologie zachytili signály Wi-Fi přes zeď budovy a použili je k odhalení tvaru písmen 3D abecedy.
„Zobrazování nehybných scenérií pomocí WiFi je značně náročné kvůli nedostatku pohybu. Poté jsme zvolili zcela odlišný přístup k řešení tohoto náročného problému a zaměřili jsme se na sledování hran objektů,“ uvedl Yasamin Mostofi, profesor elektrotechniky a počítačového inženýrství na UC Santa Barbara.
Ujišťujeme vás, že tato technologie ještě není připravena začít nahlížet do soukromých domovů lidí. Anurag Pallaprolu, vedoucí doktorand na projektu UC Santa Barbara, vysvětluje: „Stojí za zmínku, že tradiční zobrazovací techniky mají za následek špatnou kvalitu obrazu při nasazení s běžnými Wi-Fi transceivery, protože povrchy se mohou při nižších frekvencích jevit jako téměř zrcadlové. tedy nezanechává dostatek podpisu na přijímací síti.“
Vzhledem k nikdy nekončící explozi technologií se však zdá, že je otázkou času, kdy vlny vyrážené z našich Wi-Fi routerů, chytrých telefonů a notebooků vytvoří ostrý a jasný obraz.
Vědcům se poprvé podařilo odklonit blesk, což potěšilo všechny, kdo se bojí bouřek a hromů, ale pravděpodobně rozzlobilo Dia. Podařilo se jim ukázat, že lasery mohou fungovat jako virtuální hromosvody a změnit směr, kterým blesky přeskakují, píši IFL Science.
Franklinův hromosvod byl ve své době významným vědeckým pokrokem, který zabránil milionům požárů a úrazů elektrickým proudem a ukázal, že lidstvo je schopno ovládat síly, kterých jsme se dlouho obávali, jako by patřily bohům. Nicméně je to už 270 let a stále zůstává základem naší ochrany před bleskem. Možná je čas na modernizaci.
Právě to navrhuje Dr. Aurélien Houard z ENSTA Paris a jeho spoluautoři v článku publikovaném v časopise Nature Photonics, v němž dokazují, že laserové pulzy mohou změnit směr úderu blesku.
Tým již dříve prokázal, že schopnost laserů ionizovat vzduch v laboratořích může způsobit přeskok jisker o síle 2 miliony voltů podél kanálů s nízkou hustotou. Aby svůj nápad posunuli do většího měřítka, umístili laserový přístroj o velikosti automobilu poblíž věže na hoře Säntis ve Švýcarsku. Věž byla vybrána proto, že navzdory rčení o tom, že blesk nikdy neudeří dvakrát do stejného místa, do ní udeří asi 100krát ročně – údajně nejvíce v Evropě.
Ačkoli je tato technika nepochybně skvělá, můžeme se ptát, zda je tak praktická. Výroba a provoz takového laseru budou pravděpodobně vždy drahé. Mezitím dotyčná telekomunikační věž po všech těch letech stále stojí, protože její Franklinova tyč funguje velmi dobře sama o sobě.
Je jistě pravda, že vedení blesku nebude levné. Týmu trvalo tři roky, než svůj stroj postavil a jeho výkon se pohyboval v řádu terawattů, pravda, po velmi krátkou dobu. To je více než celá spotřeba elektřiny v Evropě.
Existují však situace, kdy je zapotřebí více než stacionární tyče, například když se lidé potřebují pohybovat na otevřeném poli. Bylo prokázáno, že rakety s připevněným drátem spouštějí blesky a rozptylují silná elektrická pole, která by mohla vést k následným úderům. Rakety jsou však na jedno použití, a proto jsou možná z dlouhodobého hlediska dražší než lasery, které by podle autorů mohly také lépe chránit životně důležitou stacionární infrastrukturu než Franklinovy tyče.
Na rozdíl od toho, jak bychom si tento proces mohli představovat, všechny blesky začínaly na vrcholu věže, přičemž jejich cesta vzhůru byla řízena laserem, nikoliv bleskem z nebes přesměrovaným na jiné místo na zemi.
Také velmi užitečné, pokud chcete napájet stroj času, abyste se dostali zpět do budoucnosti.
Foto: Boevaya mashina/Wikupedia | CC BY-SA 3.0 UnportedRheinmetall BOXER Skyranger 30 air defence system with Oerlikon 30 mm cannon on static display at ILA Berlin Air Show 2022
Americký obranný gigant Rheinmetall nedávno představil svůj nový „chytrý“ systém protivzdušné obrany krátkého dosahu (SHORAD) nazvaný „Skyranger 30“. Systém, který byl vystaven na letošní výroční konferenci Asociace americké armády (AUSA), je, jak společnost uvádí, budoucností systémů SHORAD, píše Defence News.
Oheň s ohněm
Systém je vybaven automatizovanou věží, která dokáže vypálit 1 250 30mm vzduchových nábojů za minutu. Může být také zvýšen na maximálně 85 stupňů a stlačen maximálně na -10 stupňů. Lze jej také otočit o 360 stupňů kolem držáku. Ale zajímavější je, že „Skyranger 30“ integruje věž (poprvé odhalená v roce 2021) na bezpilotní pozemní vozidlo (UGV). Podvozek vozidla je robotický UGV RIPSAW M5 vyvinutý společností Textron Defense Systems (partnerská společnost Rheinmetall). Tato kombinace dělá z kombinace Skyranger 30-RIPSAW M5 zcela autonomní nastavení.
„Varianta Skyranger 30 představuje významný skok vpřed v technologii c-UAS spojením 360° vzdušného a pozemního dohledu s autonomním 30mm revolverovým dělem Oerlikon, airburst municí Oerlikon AHEAD a střelami protivzdušné obrany krátkého dosahu. 30mm revolverové dělo poskytuje maximální palebná síla a přesnost při 1250 rds/min a v kombinaci s dynamicky naprogramovanou airburst municí zvyšuje pravděpodobnost zásahu i těch nejmenších mikro a nano dronů,“ říká Rheinmetall.
S hmotností kolem 10,5 tuny je platforma vzdušné obrany menší než jiné systémy SHORAD nasazené americkou armádou. To je mnohem lehčí než například Stryker vyzbrojený SHORAD, který v současnosti používá armáda. Ještě důležitější je, že generální ředitel Rheinmetall Stephen Hedger řekl Defense News, že je „Skyranger 30“ plně automatizovaný. „Lidé nepřemýšleli o SHORAD v UGV kapacitě,“ řekl.
Toto nastavení (automatizovaný podvozek a věž) by mělo systému umožnit lépe předvídat a neutralizovat vzdušné hrozby, jako jsou drony, než vozidla s posádkou. Jak uvádí Defense News, po zbavení se dělostřelectva protivzdušné obrany na počátku 21. století americká armáda usiluje o nové mobilní systémy SHORAD, včetně těch, které se dokážou bránit proti dronům, které se ukázaly jako hrozivé na bojištích na Ukrajině.
Hedger zdůraznil schopnost Skyrangeru čelit bezpilotním vzdušným systémům s 90% zabitím do vzdálenosti 3 kilometrů. „Požadavek na smrtelnější systém SHORAD, který dokáže oslovit roj [dronů], který dokáže oslovit větší a složitější UAV, manévrující UAS, povalující se munici, je naprosto jasný,“ vysvětlil Hedger.
„Použití nejlepších dělových systémů ve své třídě znamená, že Skyranger může obstát proti útokům rojů. Společně s M5 od společnosti Textron lze Skyranger nasadit po boku pozemních sil nebo použít pro stacionární ochranu životně důležitých aktiv. Skyranger může chránit mobilní jednotky na pochod nebo kritickou pevnou infrastrukturu a zařízení před povalováním, vyskakovacími a potápěčskými útoky,“ vysvětluje Rheinmetall.
Ideální pro armádu
Dodal, že montáž věže „Skyranger 30“ na M5 je vynikajícím řešením pro posun armády směrem k bezpilotní obraně proti dronům. „Určitě jsme zde chtěli demonstrovat schopnost integrace tohoto typu věže s tímto typem systému na platformě, jako je M5,“ řekl Hedger, který poznamenal, že armáda nejprve vyřešila své prozatímní řešení SHORAD, ale stále hledá řešení. budoucnost. „Kam může armáda dobře směřovat, je platforma jako M5,“ dodal.
Tým čínských vědců údajně vyvinul silovou zbraň, která dokáže manipulovat s předměty na dálku pomocí magnetických silových prstenců, uvádí Interesting Engineering.
Čínští vědci pracují na zařízení, které využívá plazmové prstence k pohybu předmětů na dálku. Tým, který stojí za tímto programem, je přesvědčen, že zařízení bude v zásadě fungovat, jak uvedl deník South China Morning Post (SCMP).
Zařízení, které je přirovnáváno ke schopnostem Jediů „Odstrčení „a „Přitáhnoutí“ („Force Push“ a „Force Pull“) v sci-fi sérii Hvězdné války (i když má možná blíže ke skutečnému vlečnému paprsku), by se mohlo ukázat jako revoluční pro mnoho průmyslových odvětví, pokud by se ukázalo jako životaschopné.
Použijte Force!
Tým, který stojí za výzkumem, se však domnívá, že na rozdíl od fikce z Hvězdných válek by manipulace s předměty na dálku mohla být možná pomocí magnetických sil. Jde o jakousi „skutečnou“ telekinezi, pokud tomu nechcete říkat lépe. Dosud se však ukázalo, že použití magnetických sil k takovému triku je nepraktické.
Podle výzkumníků SCMP jejich silová zbraň funguje a má překvapivý dosah až 0,6 míle (1 km). Kromě toho dokáže během několika minut od aktivace přemístit i vzdálené objekty. Je také schopno přitáhnout k zařízení malé předměty, jako je například malý satelit.
„V současné době probíhá návrh a experimentální ověření prototypu,“ uvedl tým vedený docentem Zhangem Yuanwenem v článku zveřejněném 16. srpna v čínském odborném časopise Systems Engineering and Electronics.
Hlavní součástí prototypu silového děla je zmagnetizovaná koaxiální zbraň, která dokáže vytvářet vlny vysokoenergetického plynu, který je horký a plný elektronů. Tyto plazmové prstence mají tvar torusu a obsahují nabité částice (ionty a elektrony), které se mohou volně pohybovat v reakci na elektrické a magnetické pole. Výbojový proud plazmového prstence vytváří magnetické pole, které indukuje proud v plazmatu. To zase vytváří magnetické pole, které je protikladem původního magnetického pole.
Tento proces pokračuje tak dlouho, dokud magnetické siločáry v plazmatu „nezmrznou“ a magnetická síla se nepromítne daleko od plazmového prstence. Výzkumníci tvrdí, že prototyp dokáže vystřelit osm plazmových prstenců za sekundu, každý z nich na cíl o rychlosti 10 000 metrů za sekundu – 30násobek rychlosti zvuku. Výzkumníci vysvětlili, že když se plazmové prstence přiblíží k cíli, magnetická síla prstence je taková, že může ovlivnit pohyb cíle podle potřeby.
Zhangův tým navrhl, že použití plazmových prstenců pro manipulaci ve vesmíru je výhodnější než použití robotických ramen nebo jiných ručních zařízení. Je to proto, že pro požadovaný pohyb není nutný fyzický kontakt, což snižuje riziko nehod a kolizí. Toto zařízení je vysoce univerzální a dokáže účinně manipulovat s různými typy vesmírného odpadu bez potřeby specifických přípojných bodů nebo rozhraní.
Mohlo by být využito jako zbraň?
Ačkoli se zdá, že výzkumný tým má vazby na čínský obranný průmysl, je důležité poznamenat, že se článek zaměřil na vědecké a technické aspekty této technologie. Za tímto účelem se soustředili spíše na potenciální aplikace v oblasti výzkumu vesmíru a satelitních operací než na vojenské využití. Ale v konečném důsledku, pokud ozbrojené síly uvidí potenciální útočné (nebo obranné) využití, můžete se vsadit, že ho najdou.
Jedna z nejbarvitějších postav letectví vstoupila do oblasti elektrických VTOL. Franky Zapata, známý především svými smrtelně rychlými kousky s létajícím přostredkem Flyboard, oznámil, že vedle své létající podložky poháněné proudovým motorem s možností přetočení, vyrobí hybridní letadlo eVTOL, uvádí New Atlas.
Zapatův seznam inovací je mimořádný. Poprvé jsme se s ním setkali v roce 2011, kdy na zadní část vodního skútru připevnil několik vodovodních trubek, popruhy na kotníky a zápěstí a vynalezl Flyboard, který lidem umožňuje levitovat z vody a provádět tolik triků, že by to mohlo odstartovat zcela nový sport.
V roce 2016 už byla k dispozici nová generace kompaktních a výkonných proudových turbín, a Zapata neztrácel čas a několik z nich připevnil na kompaktní plošinu s přišroubovanými botami, naplnil palivovou nádrž batohu leteckým petrolejem a vznesl se do vzduchu na takzvaném Flyboard Air, přičemž vodní skútr nechal daleko pod sebou.
Franky Zapata pilotuje Flyboard Air v roce 2016
Zapata se pevně zařadil do nového panteonu průkopníků osobních letů s tryskovým pohonem, k nimž patří pilot JetPacku David Mayman, pilot tryskového obleku Richard Browning a pilot tryskového křídla Yves Rossy, a zúčastnil se dechberoucích předváděcích akcí po celém světě, při nichž se proslavil závodem s Lamborghini po poušti v Utahu rychlostí přes 160 km/h a prvním přeletem kanálu La Manche na flyboardu na světě.
Po celou dobu společnost Zapata přicházela s novými inovacemi: Zapata EZfly, který dává Flyboardu pár rukojetí a umožňuje nezkušeným pilotům vzlétnout, a Zapata FlyRide, který přebírá původní koncept vodního sportu Flyboard a mění ho na dvoumístný „vodní motocykl“ schopný dělat dvojité sudové výkruty, pokud se dokážete dostatečně pevně držet.
A nejnověji JetRacer – létající křeslo, v podstatě poháněné 10 malými proudovými turbínami, schopné vyvinout rychlost až 250 km/h a výšku až 3 000 m, a to buď s osobou na palubě, nebo s nákladem o hmotnosti až 200 kg pod dálkovým ovládáním. A zdá se, že má také tlačítko pro výkruty. Všechny výše uvedené modely byly postaveny a zalétány, přičemž některé se dostaly do sériové výroby a jiné… no, to asi raději přenecháme odborníkům!
Nyní se Zapata zaměřil na zcela jinou formu osobního létání: Buy’n’fly eVTOL
Franky Zapata se členy týmu představil prototyp vzdušného skútru (AirScooter) v červnu na veletrhu VivaTech v Paříži. Vajíčkovitý modul na nohách tvoří kokon pro jedno sedadlo a z horní části střechy modulu vystupuje ven osm karbonových ramen. Na čtyřech delších šikmých ramenech jsou umístěny zřejmě dvě elektrické vrtule, jejichž průměr odhadujeme na necelý metr.
Dvě zadní úhlopříčky jsou spojeny křídlem připomínajícím spolier, které je skloněno tak, aby poskytovalo určitý vztlak, když je tento eVTOL ve stylu multikoptéry nakloněn dopředu a pohybuje se. Airscooter je navržen tak, aby mohl letět rychlostí 80 km/h (50 mph) a dosáhnout maximální rychlosti kolem 100 km/h (62 mph).
Na kratších ramenech jsou mnohem větší vrtule, možná až dvojnásobné velikosti. A tady to začíná být zajímavé. Zapata slibuje více než dvouhodinovou výdrž tohoto stroje díky hybridnímu pohonnému systému.
Většina hybridních letounů eVTOL pohání jeden centrální motor s generátorem, často malou plynovou turbínou, jako prodlužovač doletu, který během letu neustále doplňuje energii do akumulátoru. Z toho, co vidíme, však vyplývá, že o to zde nejde. Místo toho se zdá, že čtyři velké vrtule jsou poháněny čtyřmi samostatnými motory, které jsou namontovány přímo pod nimi na konci ramen a jsou poháněny palivem prostřednictvím vedení vedoucího podél vrcholů ramen.
Pohonné jednotky vypadají podobně jako konec turbíny malého vrtulníku ve stylu JetCat. Zapata totiž spolupracuje s ONEROU, francouzskou laboratoří pro letectví a kosmonautiku, a francouzskou obrannou agenturou na vývoji vlastních turbínových motorů, takže se pravděpodobně jedná o vlastní motor. Zdá se, že pohání řemenový pár ozubených kol dole, propojený s podobným párem ozubených kol nahoře, který zajišťuje točivý moment vrtule. Předpokládáme, že někde pod tím vším je také elektromotor.
Pokud je to tak, pak předpokládáme, že se děje toto: ty čtyři velké vrtule jsou tu hlavně proto, aby poskytovaly hlavní tah, takže se budou roztáčet relativně pomalu, i když možná s nějakou elektrickou asistencí, jakmile se spustí turbíny.
Zajímavé uspořádání pohonu umisťuje velké vrtule s hybridním pohonem vpředu, vzadu a po stranách a menší, elektrické vrtule na diagonálních vzpěrách.
Osm menších, plně elektrických vrtulí bude mnohem rychleji reagovat na výkonové vstupy, takže předpokládáme, že Zapata je plánuje použít k vyvážení skútru za letu, k reakci na řídicí vstupy a také k samostabilizačním povelům z řídicí jednotky, které pomohou udržet letadlo v klidu, když bude zápasit s větrem.
Mezi výhody takového uspořádání by patřila dlouhá výdrž – i když by nás zajímalo, jak dlouhá, ve srovnání s typickým uspořádáním s jedním turbogenerátorem prodlužujícím dolet, a který pracuje na stejných 18,9 litrech benzínu. Nebude muset nést obrovský a těžký akumulátor a pravděpodobně by si vystačil s něčím poměrně lehkým. Letoun má dostatek vrtulí – dost na to, aby mohl bezpečně přistát, kdyby se jedna nebo dvě turbíny porouchaly.
Na druhou stranu jsou nevýhody poměrně závažné. Tyto malé turbíny, pokud to tak je, mohou být šíleně hlučné. Mít čtyři z nich kolem hlavy… no, asi to nebude o moc horší než mít jich kolem křesla na JetRaceru deset, ale rozhodně to nebude tak příjemná jízda jako s plně elektrickým eVTOL.
Pak je tu údržba; JetCat USA si zřejmě účtuje nejméně 300 USD za každých 25 hodin servisu malých vrtulníkových turbín. Tyhle budou větší a výkonnější a pravděpodobně je budete muset dopravit do servisu k prodejci Zapata. A samozřejmě je zde zvýšené riziko mechanické poruchy ve srovnání s nudnými, spolehlivými elektromotory – ačkoli Zapata, Mayman, Browning a řada dalších pravidelně svěřují své životy těmto malým turbínám.
Přesto je to zajímavý a odlišný přístup. A nemusí mít plnou typovou certifikaci; AirScooter váží pouhých 115 kg (254 lb) a kvalifikuje se jako ultralehké letadlo, což znamená, že k jeho létání v USA nebudete potřebovat pilotní průkaz. Bude to stejně snadné jako létání s dronem, a to díky letovému ovladači fly-by-wire a spoustě bezpečnostních senzorů, které jsou pravděpodobně připraveny zabránit tomu, abyste s ním narazili do stromu.
Zapata zatím neinformoval o tom, kdy bude tento vzdušný skútr k dispozici, zda už létá prototyp, kolik by mohl stát a jak jej vlastně koupit. Předpokládáme, že tyto věci se časem vyjasní. Zatím se podívejte na krátké video níže.
Společnost Northrop Grumman dodala americké vládě miniaturizovaný vysokoenergetický laser nazvaný Phantom, který ukazuje na budoucí laserové zbraně, které budou nejen výkonné, ale také dostatečně malé a odolné pro boj v terénu, píše New Atlas.
Lasery jsou pro armádu velmi atraktivní, protože mohou změnit pravidla hry díky své schopnosti zasahovat cíle rychlostí světla za cenu jednoho dolaru za výstřel. Až donedávna se většina pozornosti soustředila na samotný laserový paprsek – jak jej učinit dostatečně silným, aby byl účinný, jak zaměřit cíl a jak paprsek ovládat na velké vzdálenosti.
Tyto zbraně však mají i druhou stránku, kterou se Phantom zabývá. Bez ohledu na to, jak je laserová zbraň výkonná nebo účinná, není nikomu k ničemu, pokud je to nějaké gigantické, křehké Frankensteinovo monstrum, které vypadá jako kříženec vnitřností starého rádia a stavebnice Meccano a váží několik tun.
Výkon Phantomu 10 kW není ve srovnání s nejnovější 300kW zbraní Lockheed Martin nic moc, ale jeho výhodou je, že zabírá pouze 12 stop³ (0,3 m³) a váží méně než 200 liber (90 kg), takže je dostatečně lehký a kompaktní, aby ho mohli zvednout a instalovat dva lidé. Je také dostatečně robustní, aby snesl i hrubší zacházení.
Phantom není kompletní laserová zbraň, ale laserový generátor. Je to spíše zásuvná součástka. Aby se z něj stal skutečný zbraňový systém, je třeba jej připojit ke zdroji napájení a také k zaměřovací a zaostřovací optice, která paprsek navede na cíl.
Složitým úkolem je nyní udělat malé odolné lasery výkonnější a výkonné lasery menší a odolnější. Když se setkají uprostřed, získáte skutečnou laserovou zbraň.
„Miniaturizací této pokročilé schopnosti rozšiřujeme dosah naší technologie a pokračujeme ve vedoucí pozici v oblasti vysokoenergetických laserů,“ říká Robert Fleming, viceprezident a generální manažer strategických kosmických systémů. „Společnost Northrop Grumman využívá své odborné znalosti v oblasti směrované energie a dodává mimořádně kompaktní, lehký a účinný laser pro válečné stíhače.“
Kávová sedlina je největším vedlejším produktem kávového průmyslu a plní skládky po celém světě. Vědci z australského technologického institutu RMIT (Královského melbournského technologického institutu) vyvinuli beton, který je o 30 % pevnější, když obsahuje kávovou sedlinu, a snaží se, aby se kávová sedlina nedostávala na skládky, kde produkuje více oxidu uhličitého a metanu při svém rozkladu, uvádí Popular Mechanics.
Kávová sedlina je největším vedlejším produktem celého kávového průmyslu. Podle jednoho odhadu končí na skládkách po celém světě 60 milionů kilogramů této hmoty. Pokud by to nestačilo, při rozkladu tohoto organického materiálu se uvolňuje metan a oxid uhličitý, dva velmi špatné plyny, které způsobují změnu klimatu.
Vědci z Královského melbournského technologického institutu (RMIT) v Austrálii přemýšleli, jak tento ekologický problém řešit, a vytvořili biochar (látku vzniklou pyrolýzou) z kávové sedliny, který skutečně zvýšil pevnost betonu o 30 procent. Výsledky této studie byly zveřejněny v časopise Journal of Cleaner Production.
Likvidace organického odpadu představuje ekologickou výzvu, protože se při ní uvolňuje velké množství skleníkových plynů včetně metanu a oxidu uhličitého, které přispívají ke změně klimatu,“ uvedl v tiskovém prohlášení Rajeev Roychand, hlavní autor a profesor na RMIT School of Engineering. „Inspirací pro naši práci bylo najít inovativní způsob, jak využít velké množství kávového odpadu ve stavebních projektech namísto jeho ukládání na skládky – dát kávě druhou šanci.“
Při výrobě betonu používaného ve stavebnictví se každoročně vytěží 55 miliard tun přírodního písku, protože drsný povrch částic poskytuje větší povrchovou plochu pro spojení vody a cementu. Tento písek se bohužel často získává z říčních koryt a břehů, což narušuje životní prostředí. Nahrazení písku použitou kávovou sedlinou by tedy mohlo vyřešit hned dva ekologické problémy, protože částice kávové sedliny jsou podobně jemné.
Roychandův tým nejprve prozkoumal kavárny v Melbourne, aby získal čerstvé zásoby kávové sedliny. Poté byla kávová sedlina vysušena a zahřáta na různé teploty (662 nebo 932 stupňů Fahrenheita) a následně podrobena (bezkyslíkatému) procesu pyrolýzy, při němž dochází k ohřevu materiálu nad mez termické stability přítomných organických sloučenin a jejich rozpadu na menší složky. Vzniká tak tzv. biochar, lehká látka podobná dřevěnému uhlí.
„Náš výzkumný tým získal rozsáhlé zkušenosti s vývojem vysoce optimalizovaného biocharu z různých organických odpadů, včetně dřevěného biocharu, biocharu z potravinářských odpadů, biocharu ze zemědělských odpadů a biocharu z tuhých komunálních odpadů, pro konkrétní aplikace,“ uvedl spoluautor Mohammad Saberian v tiskovém prohlášení.
Tento biochar, vytvořený při dvou různých teplotách, byl poté v různých procentech přidán do portlandského cementu jako náhrada jemného kameniva (v tomto případě přírodního písku). Po nalití do forem, odstranění vzduchových bublin a 24hodinovém sušení při pokojové teplotě tým analyzoval dvanáct rozdílných směsí pomocí rentgenové difrakce a skenovací elektronové mikroskopie a dospěl k jasnému vítězi. Biochar kávové sedliny zahřátý na 662 °C a nahrazující 15 % přírodního písku poskytl beton o 29,3 % pevnější v tlaku.
Výzkumníci také zjistili, že pro toto zvýšení pevnosti byla zásadní pyrolýza, protože neošetření kávové sedliny ukázalo, že vyluhování organických sloučenin z kávové sedliny brání hydratační reakci částic cementu, čímž výrazně brzdí pevnost betonu s příměsí kávové sedliny v tlaku.
Tým nyní pracuje na terénních zkouškách a vzbuzuje zájem průmyslových odvětví, která by mohla mít z tohoto vylepšení kávy, jak v šálcích, tak v betonu, prospěch.
Lidé se snažili prozkoumat a orientovat pod mořem přibližně od roku 300 př. n. l. V průběhu historie se používala řada metod pro cestování pod vodou za účelem výzkumu, píše ABC Science. Legenda praví, že první pokus o zhotovení prototypu ponorky učinil Alexandr Veliký.
To znamená, že pustit se do moře ve skleněném sudu se stěží zdálo jako účinná metoda k prozkoumání podmořského světa.
Ponorky jsou zázraky techniky, které se pohybují v hlubinách oceánu, odolávají obrovskému tlaku a umožňují lidem prozkoumávat podmořský svět.
V roce 1578 n. l. sestrojil britský námořní důstojník William Bourne plavidlo s dřevěnou konstrukcí potaženou nepromokavou kůží, na kterém se dalo veslovat pod vodou. První oficiálně zdokumentovaná ponorka nazvaná „Turtle“ vznikla během americké revoluční války v roce 1776. Teprve koncem 19. století se ponorky s vývojem pohonných systémů a pokročilejších technologií nakonec vyvinuly v praktická plavidla.
Jak si ponorka udržuje tlak odpovídající atmosféře?
Ponorky jsou konstruovány tak, aby ve svém trupu udržovaly stejný tlak jako atmosférický tlak na úrovni hladiny moře.
To nutí k zamyšlení, proč je tak důležité udržovat tento odpovídající tlak? Pokud se vnitřní tlak výrazně liší od vnějšího tlaku, může vyvíjet nepřirozené namáhání trupu, což vede ke strukturálním poruchám, netěsnostem nebo dokonce implozi.
Když je ponorka na hladině, jsou zátěžové nádrže naplněny vzduchem, takže plavidlo má menší hustotu než voda a může plout. Když se však ponorka potřebuje ponořit, vypustí vzduch z balastních nádrží a nahradí ho vodou, čímž se hustota plavidla zvýší. Vnitřní tlak ponorky je regulován rovnováhou mezi tlakem vody působící na trup a tlakem vzduchu uvnitř.
Když se ponorka ponoří hlouběji, tlak vody se zvýší a stlačí tlak vzduchu uvnitř trupu. Proto se k vyrovnání tlaku uvnitř ponorky při výstupu nebo sestupu odpovídajícím způsobem zaplavují nebo odčerpávají balastní nádrže. Všechny ponorky mají také vnitřní systémy zvané „tlakové koule“, které zabraňují příliš velkému vnitřnímu tlaku vzduchu.
Co jsou tlakové sféry a proč jsou tak důležité?
Foto: Charles-Edouard Cote/Shutterstock
Motor ponorky s tlakoměry
Je zřejmé, že „tlakové trupy“ jsou důležité konstrukce uvnitř ponorky, ale jaké jsou přesně jejich funkce?
Tlakový trup je hlavní vodotěsná konstrukce, která zajišťuje pevnost hlavního skeletu ponorky. Je konstruován tak, aby odolal vnějšímu tlaku působícímu z hlubin oceánu a chránil tak posádku a systémy uvnitř.
Jedním z nejdůležitějších úkolů, na které si musí konstruktéři při navrhování ponorky dávat pozor, je zajistit odolnost tlakových trupů proti únikům. Musí se vyrovnat s vnějším hydrostatickým tlakem, aniž by se zhroutily nebo zdeformovaly, a zároveň musí být zachována celková integrita tlakového trupu.
Jak se v ponorce skladuje dýchatelný kyslík?
Ponorky obvykle používají k výrobě kyslíku na palubě kanystry s generátorem kyslíku. Kanystr je naplněn směsí chlorečnanu sodného a železného prášku, která po zapálení podléhá chemické reakci a uvolňuje plynný kyslík.
Foto: Krysja/Shutterstock
Elektrolýzní jednotky
Protože ponorky nemají přímý přístup k atmosféře, musí mít pod vodou dostatek dýchatelného kyslíku na delší dobu. Uvnitř ponorek je instalován systém, který vyrábí kyslík na palubě a skladuje ho pro pozdější použití.
Jednou z metod výroby kyslíku pod vodou je samozřejmě elektrolýza vody! Elektrolýzou se voda štěpí na molekuly vodíku a kyslíku a následně se kyslík uchovává ve vysokotlakých nádržích. Na palubě lze určitě nosit i kyslíkové lahve. V těchto lahvích se uchovává kyslík pod vysokým tlakem, který může poskytovat dýchatelný kyslík lidem uvnitř ponorky.
Kvůli technickým omezením a energii spotřebované během procesu však elektrolýza není všeobecně uznávanou metodou výroby kyslíku.
Co může způsobit, že ponorka imploduje?
Ponorky jsou konstruovány tak, aby odolávaly obrovským vnějším tlakům, ale přesto zůstává riziko imploze jednou z hlavních obav při konstrukci ponorky. K implozi dochází, když tlak vně ponorky překročí pevnost konstrukce tlakového trupu ponorky a způsobí její zhroucení dovnitř.
Když ponorka pracuje ve velkých hloubkách, může okolní voda vyvíjet na tlakový trup obrovský tlak; když tento tlak překročí mezní hodnotu, stane se pro tlakový trup neúnosným. To způsobí zhroucení trupu dovnitř. K tomuto katastrofickému selhání může přispět řada příčin, včetně slabin v konstrukční celistvosti, konstrukčních chyb nebo dokonce příliš vysokých limitů hloubky.
Náhlé zhroucení trupu vede k téměř okamžité ztrátě životů na ponorce, ke ztrátě ponorky a k různým dalším environmentálním rizikům. Ponorky zpravidla procházejí přísným výcvikem a testy, které mají zajistit, aby k takovému tragickému jevu nedošlo.
Slovo na závěr
Udržování stejného tlaku, jaký má okolní atmosféra, je pro bezpečný provoz ponorek klíčové. Regulace vnitřního tlaku je nezbytná, aby ponorky byly dostatečně odolné a odolaly silnému vnějšímu tlaku vody a ochránily tak posádku a vnitřní systémy. Skladovací systémy určené pro uchovávání dýchatelného kyslíku zajišťují nepřetržité zásobování pro delší podvodní mise.
Tlakové trupy hrají důležitou roli při zajišťování podpory a pevnosti, udržování strukturální integrity a odolávání vnějším tlakům hlubokých oceánských vod. Imploze, ačkoli je vzácná, je nevyhnutelnou obavou, kterou je třeba se zabývat předtím, než se člověk rozhodne prozkoumat tajemství hlubokých vod oceánu.
První kontejnerová loď na světě na ekologický metanol a dvojí palivo byla společnosti Maersk dodána v červenci 2023 a nedávno se vydala na svou první plavbu z Jižní Koreji přes Suezský průplav do dánské Kodaně, uvádí Euro.ESEuro.
Cestu zahájila v šestém měsíci letošního roku z jedné z loděnic Hyundai Mipo v Jižní Koreji a po cestě se zapsala do historie Singapuru tím, že se zúčastnila prvního zásobování metanolem v této zemi.
K dnešnímu dni zbývá přibližně 20 dní do konce její první plavby do cílové destinace v evropské zemi. Vincent Clerc, generální ředitel společnosti AP Moller – Maersk, v této souvislosti uvedl, že je velmi vzrušující vidět jejich zelenou kontejnerovou loď na metanol, jak proplouvá Suezským průplavem na své první plavbě. Tento milník ukazuje, že v dekarbonizaci našeho průmyslu dochází k pokroku.
Většina podrobností o lodi, včetně oficiálního oznámení jejího jména, zůstane utajena až do oslav plánovaných na 14. září v Kodani, které jsou součástí týdne oslav plánovaných přepravní společností. Navzdory výše uvedenému signál AIS z motorového plavidla označuje plavidlo jako Laura Maersk a je registrováno pod dánskou vlajkou.
Marine Insight dále uvádí, že toto plavidlo je první z 19 lodí s dvoupalivovým motorem, které mohou plout na zelený metanol, objednaných společností Maersk do třídy ABS. Až bude nasazeno všech 19 objednaných lodí, které nahradí starší plavidla, budou při provozu na zelený metanol generovat roční úsporu emisí CO2 ve výši přibližně 2,3 milionu tun.
Nedávno provedená studie vědců z Pekingské univerzity a Oxford Population Health objasnila náchylnost mužů k 60 nemocem souvisejícím s konzumací alkoholu, píše SciTechDaily.
Globální dopad konzumace alkoholu
Konzumace alkoholu představuje významnou celosvětovou zdravotní hrozbu, přičemž předchozí výzkumy poukazovaly na jeho silnou souvislost s nemocemi, jako je cirhóza jater, mrtvice a různé druhy rakoviny. Nicméně nedostatek systematického zkoumání celkového zdravotního dopadu pití alkoholu v rámci konkrétní populace přiměl vědce k provedení této studie.
K provedení svého výzkumu tým využil údaje z Čínské kadoorské biobanky (CKB), což je komplexní databáze zahrnující informace od více než 512 000 dospělých osob, které byly přijaty v Číně v letech 2004-2008. Databáze obsahovala nejen zásadní informace o zdravotním stavu, ale také podrobné rozhovory týkající se životního stylu účastníků, včetně jejich vzorců konzumace alkoholu. V průběhu 12 let vědci sledovali lékařské diagnózy a prováděli genetické analýzy, aby zjistili příčinnou souvislost mezi konzumací alkoholu a vznikem onemocnění.
Výsledky výzkumu
Výsledky této studie potvrdily řadu nemocí souvisejících s alkoholem, na které již dříve pokazovala Světová zdravotnická organizace, jde o duševní poruchy a poruchy chování, včetně závislosti na alkoholu, závažné nepřenosné onemocnění, jako je cirhóza jater, některé druhy rakoviny a kardiovaskulární onemocnění. Studie ale odhalila také dalších 33 nemocí, včetně dny, šedého zákalu, některých zlomenin a žaludečních vředů, které lze přičíst konzumaci alkoholu.
Profesor Zhengming Chen, profesor epidemiologie Richard Peto z Oxfordské univerzity pro zdraví obyvatelstva, zdůraznil význam důkazů o příčinných souvislostech, které studie přináší, pro informační strategie prevence na celém světě. „Tato studie poskytuje důležité kauzální důkazy o rozsahu škod způsobených alkoholem, které jsou zásadní pro informování o strategiích prevence v různých zemích,“ řekl.
V době, kdy stojíme na prahu nové éry výroby energie, přitahuje pozornost vědců i ochránců životního prostředí jeden inovativní přístup: přeměna odpadních vod na energii. Tato revoluční technika, která je v současné době ve fázi vývoje, slibuje vyřešit dva nejpalčivější problémy naší doby: potřebu udržitelných zdrojů energie a globální vodní krizi, píše Energy Portal.
Koncept přeměny odpadní vody na energii není zcela nový. Čistírny odpadních vod již léta využívají bioplyn vznikající při čištění k výrobě elektřiny. Nedávný technologický pokrok však otevřel nové možnosti, jak maximalizovat energetický potenciál odpadních vod.
Proces začíná shromažďováním odpadních vod, které se následně upravují tak, aby se z nich odstranily škodlivé látky. Během tohoto čištění jsou organické látky v odpadní vodě rozkládány bakteriemi, přičemž se uvolňuje bioplyn, směs metanu a oxidu uhličitého. Tento bioplyn se tradičně používá k výrobě tepla a elektřiny pro samotnou čistírnu. Vědci však nyní zkoumají způsoby, jak zvýšit výtěžnost bioplynu a převést jej do formy, která by se dala využít ve větší míře.
Jeden ze slibných přístupů zahrnuje využití mikrobiálních palivových článků (MFC), což je typ bioelektrochemického systému, který využívá bakterie k přeměně organického odpadu na elektřinu. V MFC bakterie spotřebovávají organické látky v odpadní vodě a jako vedlejší produkt produkují elektrony. Tyto elektrony jsou pak zachyceny a použity k výrobě elektřiny.
Kromě výroby energie tento proces také čistí odpadní vodu, takže je bezpečná pro vypouštění do životního prostředí nebo dokonce pro opětovné použití. Díky této dvojí výhodě jsou technologie přeměny odpadní vody na energii zvláště atraktivní v regionech, kde je nedostatek vody velkým problémem.
Přestože je potenciál technologií pro přeměnu odpadních vod na energii zřejmý, stále existují významné výzvy, které je třeba překonat. Je třeba zlepšit účinnost procesu přeměny a náklady na zavedení těchto technologií ve velkém měřítku jsou v současné době příliš vysoké. Díky pokračujícímu výzkumu a vývoji však budou tyto překážky v příštích letech pravděpodobně překonány.
Přínosy tohoto přístupu navíc přesahují rámec výroby energie a úpravy vody. Přeměnou odpadní vody na energii můžeme také snížit naši závislost na fosilních palivech, a tím zmírnit dopady změny klimatu. Kromě toho může tento proces pomoci zvládnout rostoucí problém likvidace odpadních vod, zejména v městských oblastech, kde růst populace předbíhá rozvoj infrastruktury.
Závěrem lze říci, že přeměna odpadních vod na energii představuje významný krok vpřed v našem hledání udržitelných energetických řešení. Vzhledem k tomu, že se i nadále potýkáme s dvojí výzvou, kterou je nedostatek energie a zhoršování životního prostředí, nabízí tento inovativní přístup záblesk naděje. Díky dalšímu výzkumu a investicím se možná brzy dočkáme světa, kde se náš odpad nebude pouze likvidovat, ale bude využíván. Budoucnost energetiky může skutečně spočívat v naší schopnosti přeměnit odpad v bohatství.
V automobilovém průmyslu se hodně mluví o „internetu vozidel“ (IoV). Jedná se o síť automobilů a dalších vozidel, která by si mohla vyměňovat data přes internet ve snaze zvýšit autonomii, bezpečnost a efektivitu dopravy. Má to však i svá rizika, píše The Conversation.
IoV by mohl vozidlům pomoci identifikovat zátarasy, dopravní zácpy a chodce. Mohl by pomoci s určováním polohy automobilu na silnici, umožnit, aby byl automobil bez řidiče, a poskytnout snadnější diagnostiku závad. To se již do jisté míry děje u chytrých dálnic, kde je technologie využívána se záměrem co nejefektivněji řídit dálniční provoz.
Sofistikovanější IoV bude vyžadovat ještě více senzorů, softwaru a dalších technologií, které budou instalovány do vozidel a okolní silniční infrastruktury. Automobily již dnes obsahují více elektronických systémů než kdy dříve, od kamer a připojení mobilních telefonů až po informační a zábavní systémy.
Některé z těchto systémů však mohou také způsobit, že naše vozidla budou náchylná ke krádežím a zákeřným útokům, protože zločinci identifikují a následně využijí zranitelná místa v této nové technologii. Ve skutečnosti k tomu již dochází.
Obcházení bezpečnosti
Inteligentní klíče mají chránit moderní vozidla před krádeží. Stisknutím tlačítka na klíči se vyřadí imobilizér (elektronické zařízení, které chrání vozidlo před nastartováním bez klíče), což umožní jízdu s vozidlem.
Jeden ze známých způsobů, jak toto obejít, však vyžaduje ruční reléový nástroj, který oklame vozidlo, aby si myslelo, že inteligentní klíč je blíže, než je.
Vyžaduje to spolupráci dvou osob, z nichž jedna stojí u vozidla a druhá v blízkosti místa, kde se klíč skutečně nachází, například před domem jeho majitele. Osoba v blízkosti domu použije nástroj, který dokáže zachytit signál z klíčenky a následně jej přenést do vozidla.
Reléové zařízení k provedení tohoto druhu krádeže lze nalézt na internetu. Na ochranu proti nim lze klíče od auta umístit do Faradayových sáčků nebo klecí, které blokují jakýkoli signál vysílaný klíči.
V současné době se však stále častěji používá pokročilejší metoda útoku na vozidla. Jde o tzv. „útok vstřikováním do sítě CAN (Controller Area Network)“, který funguje tak, že se naváže přímé spojení s vnitřním komunikačním systémem vozidla, sběrnicí CAN.
Hlavní cesta ke sběrnici CAN vede pod vozidlem, takže se k ní pachatelé snaží získat přístup přes světla v přední části vozidla. K tomu je třeba odejmout nárazník, aby bylo možné do systému motoru vložit vstřikovač CAN.
Zloději pak mohou odesílat falešné zprávy, které vozidlo oklamou a imobilizér vyřadí z provozu. Jakmile získají přístup do vozidla, mohou nastartovat motor a odjet.
Přístup nulové důvěry
S vyhlídkou na potenciální epidemii krádeží vozidel zkoušejí výrobci nové způsoby, jak tuto nejnovější zranitelnost co nejrychleji překonat.
Jedna ze strategií spočívá v tom, že se nedůvěřuje žádným zprávám, které vozidlo přijímá, což se označuje jako „přístup nulové důvěry“. Místo toho je třeba tyto zprávy odesílat a ověřovat. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je instalace hardwarového bezpečnostního modulu do vozidla, který funguje tak, že generuje kryptografické klíče umožňující šifrování a dešifrování dat, vytváří a ověřuje digitální podpisy ve zprávách.
Tento mechanismus je automobilovým průmyslem stále častěji implementován do nových vozů. Jeho zabudování do stávajících vozidel však není z časových a finančních důvodů praktické, takže mnoho automobilů na silnicích zůstává zranitelných vůči útoku CAN injection.
Internet vozidel
Jedním z příkladů zneužívání internetu vozidel je použití „vzdáleného spuštění kódu“ k doručení škodlivého kódu do počítačového systému vozidla. V jednom z hlášených případů v USA byl systém infotainmentu použit jako vstupní bod pro útočníky, přes který mohli vložit svůj vlastní kód. Ten odesílal příkazy fyzickým součástem vozů, jako je motor a kola.
Takový útok má zjevně potenciál ovlivnit fungování vozidla a způsobit havárii – nejde tedy jen o ochranu osobních údajů obsažených v informačním a zábavním systému. Útoky tohoto druhu mohou využívat mnoho zranitelných míst, jako je internetový prohlížeč vozidla, USB klíče, které jsou do něj zapojeny, software, který je třeba aktualizovat, aby byl chráněn proti známým útokům, a slabá hesla.
Všichni řidiči vozidel s informačním a zábavním systémem by proto měli dobře znát základní bezpečnostní mechanismy, které je mohou ochránit před pokusy o hackerský útok.
Je třeba najít rovnováhu mezi výhodami internetu vozidel, jako je bezpečnější jízda a zvýšená schopnost získat zpět automobily po jejich odcizení, a těmito potenciálními riziky.
Zbraně poháněné umělou inteligencí, větší množství zpracovávaných dat a drony Wingman mají udržet americké letouny před ruskou a čínskou konkurencí po celá desetiletí, uvádí Popular Mechanics.
V březnu 2017 vstoupil do služby u letectva Lidové osvobozenecké armády vrcholný počin čínského výrobce letadel Chengdu, letoun J-20 Mighty Dragon. Jednalo se o první operační letoun stealth na světě, který byl zkonstruován mimo Spojené státy, a jeho zavedením okamžitě skončil tři desetiletí trvající americký monopol na letectví stealth.
Mighty Dragon vypadal podobně jako nejlepší stíhačka na obloze současnosti, americký F-22 Raptor. Výroba F-22 však byla v roce 2011 zastavena po pouhých 186 letounech. Dnes je jich bojeschopných méně než 120. A každým dnem se americká flotila F-22 blíží k vyřazení, zatímco čínská flotila J-20 se stále rozrůstá. Aby s ním USA udržely krok, vyvíjely v posledních devíti letech tajně novou generaci stíhaček stealth.
V roce 2013 Arati Prabhakar, který byl v té době ředitelem Agentury pro pokročilé obranné výzkumné projekty, uvedl, že USA začaly studovat „iniciativu vzdušné nadvlády“. Dnes je o programu známo o něco více. Analytici se domnívají, že nové letadlo, známé jako program NGAD (Next Generation Air Dominance – „rodina systémů“, kde hlavním prvkem bude nová nadzvuková taktická stealth stíhačka šesté generace určená zejména k vybojování vzdušné nadvlády). NGAD začne postupně po roce 2030 nahrazovat stíhačky F-22A Raptor, bude mít nové výkonné motory, bude létat s drony Wingman a bude mít pokročilé senzory a radary, které budou využívat strojové učení a umělou inteligenci k zaměření nepřátelských letadel.
Je těžké říci, jak moc budou nové letouny NGAD zachytitelné. Letouny F-22 jsou již nyní za většiny podmínek na nepřátelských radarech téměř nezjistitelné. Výrobci letadel však dosahují stealth (schopnosti letadla létat nepozorovaně pro nepřítele) pomocí několika překrývajících se technologií. Stíhačky stealth, jako je F-22, jsou tvarovány tak, aby odrážely radarové vlny protivníka. Jsou také potaženy vysoce utajovanými materiály, které u amerických letadel mohou pohlcovat až 80 % radarových vln. Motory letadel stealth jsou navrženy tak, aby vydávaly méně hluku a produkovaly menší tepelnou stopu, a jejich palubní radary a komunikační prostředky vyzařují elektromagnetické frekvence, které jsou hůře zjistitelné než většina ostatních.
Stíhačky stealth mohou útočit na pozemní síly, provádět průzkumné mise, tajné zpravodajské operace a dokonce rušit nepřátelské radary. Jejich schopnost plnit tyto funkce nad nepřátelským vzdušným prostorem relativně beztrestně z nich činí životně důležité pro každé moderní letectvo. V důsledku toho svět rychle dohání americkou dominanci v oblasti stealth.
Kromě Číny má nové stealth stíhačky také Rusko, Suchoj Su-57, většinou zemí NATO známý jako Felon. Ve světě se vyvíjí nejméně devět veřejně zveřejněných programů nových stealth stíhaček, včetně NGAD. A přinejmenším některé z těchto snah vyvíjejí schopnosti tak převratné, že byly charakterizovány jako zcela nová generace – šestá generace stíhaček.
USA v současnoti zahajují nové testování NGAD; CTF F-22 Raptor se pro testování programu 6. generace mění na CTF Air Dominance
Americké letectvo (USAF) oficiálně transformovalo své kombinované testovací síly F-22 Raptor (CTF) na kombinované testovací síly pro vzdušnou nadvládu (ADCTF) a pověřilo je prováděním letových zkoušek rodiny systémů NGAD (Next Generation Air Dominance), uvádí The EurAsian Times.
Dne 30. června služba v tiskové zprávě oznámila, že Edwardsova letecká základna vytvořila kombinované testovací síly Air Dominance Combined Test Force, které budou provádět zkoušky pro program NGAD. Služba uvedla, že Air Dominance CTF bude pokračovat v testování vylepšení pro F-22 s cílem zachovat smrtelnost proti bezprostředním hrozbám.
Kromě toho bude ADCTF klíčová při plánování a provádění integrovaných letových testovacích vojenkých akcí pro rodinu systémů nové generace Air Dominance. Toto dvojí zaměření zajišťuje trvalou účinnost letounu F-22 a zároveň urychluje vývoj a testování technologií a systémů NGAD.
Pro odrazení a řešení současných hrozeb považuje USAF za základní pilíře své budoucí struktury sil posádkovou stíhací složku a vysoce autonomní pokročilé bezpilotní letouny programu NGAD.
Během svého hlavního projevu na sympoziu Air Force Association (AFA) Warfare 7. března 2023 pronesl ministr letectva USA (USAF) Frank Kendall prohlášení, které ukázalo závazek USAF k programu Next Generation Air Dominance. Ministr Kendall oznámil, že USAF plánuje v zásadě nasadit 200 letounů NGAD a přibližně 1 000 letounů CCA (Collaborative Combat Aircraft).
Konkrétní počet subjektů NGAD, které americké letectvo hodlá pořídit, zůstal utajen. Zveřejnění „pomyslného“ počtu 200 letounů NGAD je však pozoruhodné, protože převyšuje současný stav stíhacích letounů F-22 Raptor, které má program NGAD nahradit kolem roku 2030.
V květnu vydalo Ministerstvo letectví (DAF) utajované výběrové řízení pro průmysl. Účelem tohoto tendru bylo zahájit proces výběru dodavatele pro inženýrský a výrobní vývoj (EMD) pro Next-Generation Air Dominance Platform. Výběrové řízení na dodávku posádkového stíhacího letounu šesté generace Next Generation Air Dominance pro americké letectvo navíc vstoupila do rozhodující fáze, kdy zbývají pouze dva nejlepší dodavatelé (Boeing, Lockheed Martin nebo Northrop Grumman?). Očekává se, že výběrové řízení skončí příští rok. Toto výběrové řízení je považováno za soutěž, v níž vítěz bere vše, což naznačuje, že vybraný dodavatel pravděpodobně získá kontrakt na vývoj a dodávku stíhacího letounu šesté generace NGAD. Toto rozhodnutí má významné důsledky pro budoucí schopnosti a technologický pokrok amerického letectva.
Jak upozornil analytik map a satelitních snímků Brandy Africk na svém profilu na platformě X, na ruském letišti v přístavním městě Taganrog se objevil letoun včasné výstrahy A-50, píše WP Tech. Vysvětlíme vám, co je tento stroj zač.
Letoun A-50, zkonstruovaný na bázi dopravního letounu Iljušin-76 ve spolupráci s Berijevem, je zařazen do kategorie vzdušných výstražných a řídicích systémů. Hornoplošník poprvé vzlétl v roce 1982 a oficiální usnesení vlády SSSR o stavbě dálkového průzkumného stroje bylo vydáno v dubnu 1973.
Ruské zařízení se muselo na letišti v Taganrogu objevit během minulého týdne. Jak vysvětluje Africk, letadlo bylo na satelitních snímcích vidět 6. srpna, ale o několik dní dříve, 1. srpna, tam ještě nebylo.
Ani jedna strana konfliktu neuvádí, proč se technika objevila na letišti, které je vzdáleno několik desítek kilometrů od ruských hranic s Ukrajinou. Lze se však domnívat, že návštěva letounu nesouvisí nutně s prováděním intenzivního leteckého průzkumu, ale se servisem letounu, neboť společnost odpovědná za konstrukci stroje sídlí v Taganrogu.
Je také příznačné, že A-50 je mimořádně vzácným letounem, kterým ruská armáda disponuje. Podle portálu Simple Flying zůstává ve službě pouze osm letounů tohoto typu.
Přítomnost dotyčných strojů v ruské armádě je pro vojska agresora důležitá kvůli schopnosti sledovat pohyby Ukrajinců ze vzduchu. Pro obránce to přirozeně představuje velkou hrozbu – a přestože A-50 nepředstavuje žádné nebezpečí z hlediska možnosti přímého útoku, omezuje možnost plánování překvapivé ofenzivy.
Letoun je schopen pojmout maximálně sedmičlennou posádku a je poháněn čtyřmi proudovými motory Solovjov D-30KP, každý o tahu 118 kN. Sovětský obr má rozpětí křídel přesahující 50,5 m a délku necelých 47 m. Výška však činí téměř 15 m. Vzletová hmotnost A-50 je přes 172 t, zatímco jeho maximální rychlost je 850 km/h.
A Russian A-50 airborne early warning and control (AEW&C) aircraft is visible in recent satellite imagery of Beriev's facilities at Taganrog South Airport.
Taganrog Air Base, located 5 kilometers north of this site, is used by Russian aircraft operating over Ukraine. pic.twitter.com/NrPJ1JVv7S
Nejdůležitějším prvkem, který zároveň určuje použitelnost daného letounu, je „talíř“ umístěný v jeho horní části. Jedná se o speciální radar systému Shmiel, který umožňuje identifikovat nepřátelské jednotky ze vzdálenosti až 800 km.
Radiolokační schopnosti se týkají mimo jiné balistických raket, letadel nebo vrtulníků. A-50 je schopen dosáhnout výšky až 10 km, což umožňuje sledování ve velkých výškách bez rizika sestřelení. Ruský stroj včasné výstrahy zároveň zůstává v neustálém kontaktu s řídicím střediskem, odkud může být prováděn další vzdušný dohled nad oblastí.
Laserové zařízení pro výzkum inerciální fúze, které se nachází v Lawrence Livermore National Laboratory. Lawrence Livermore National Laboratory/Reuters
Americkým vědcům z laserového centra v kalifornském státním vědeckém ústavu Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) se opět podařilo při jaderné fúzi získat více energie, než kolik energie laseru bylo použito k jejímu pohonu, cituje The Guardian.
Američtí vědci podruhé od historického průlomu v prosinci loňského roku dosáhli čistého zisku energie při jaderné fúze při hledání téměř neomezeného, bezpečného a čistého zdroje energie.
Vědci z kalifornské Lawrence Livermore National Laboratory zopakovali 30. července průlomový experiment v zařízení NIF (National Ignition Facility), který přinesl vyšší energetický zisk než v prosinci, uvedl mluvčí Lawrence Livermore. Konečné výsledky se stále analyzují, dodal mluvčí.
Při jaderné fúzi dochází ke slučování lehkých prvků, jako je vodík, za vzniku těžších prvků, přičemž se uvolňuje obrovské množství energie. Tento postup, který je zdrojem tepla a světla Slunce a dalších hvězd, má obrovský potenciál jako udržitelný nízkouhlíkový zdroj energie.
V prosinci vědecký ústav Lawrence Livermore poprvé dosáhl čistého zisku energie při experimentu s fúzí pomocí laserů. Tento experiment krátce dosáhl tzv. zapálení fúze, když vygeneroval 3,15 megajoulů energie poté, co laser dodal 2,05 megajoulů, uvedlo ministerstvo energetiky. Jinými slovy, při fúzi bylo vyrobeno více energie, než kolik energie laseru bylo použito k jejímu pohonu.
Americké ministerstvo energetiky to označilo za „významný vědecký průlom, který se připravuje desítky let a který připraví půdu pro pokrok v národní obraně a budoucnost čisté energie“.
Energie z jaderné fúze přináší vyhlídky na dostatek čisté energie. Při reakcích se neuvolňují žádné skleníkové plyny ani vedlejší radioaktivní odpady. Jeden kilogram fúzního paliva, které se skládá z těžkých forem vodíku zvaných deuterium a tritium, poskytuje tolik energie jako 10 milionů kilogramů fosilních paliv. Trvalo však 70 let, než se k tomuto bodu dospělo.
Vědci varovali, že tato technologie ještě zdaleka není připravena k tomu, aby se z ní staly životaschopné elektrárny a že nevyřeší klimatickou krizi, ale přivítali nejnovější průlomy jako důkaz, že sílu hvězd lze využít i na Zemi.
Fyzická a elektronická bariéra na hranici s Königsbergem, která se staví od dubna, je téměř hotová. Informace o postupu prací poskytla pohraniční stráž, píše WP Tech. Jak je chráněna východní a severovýchodní hranice Polska?
199 km rozdělených do 12 úseků, to je celkové schéma „elektronické bariéry“, která se od dubna staví podél hranice s Královcem. Doplňuje fyzickou bariéru, kterou tvoří kovový plot doplněný zábranami z žiletkového drátu.
Před několika dny se pohraniční stráž pochlubila instalací 11 z 12 plánovaných kontejnerů, které sdružují prvky elektronické bariéry. Mimo jiné se skládá z 60 km detekčních kabelů, 181 km síťových a přenosových kabelů a také z 1 900 sloupů, na nichž budou umístěny kamery.
Stav hranic bude monitorovat dohledové centrum vybudované na velitelství Warmiňsko-mazurské pohraniční jednotky v Kętrzyně. Je zde umístěno dvanáct operátorských stanovišť, technických a velitelských stanovišť.
Elektronická bariéra
Jedná se o další hranici s Běloruskem, úsek polské hranice a zároveň hranice EU a NATO, kde byla nebo je vytvářena fyzická a elektronická bariéra. Jde o reakci na hybridní válku, kterou od roku 2021 vedou Rusko a Bělorusko, a na zahájení krize ze strany východních režimů v souvislosti s nekontrolovaným přílivem migrantů.
Politici již několik měsíců zdůrazňují, že fyzická bariéra v podobě vysokého plotu chráněného mimo jiné žiletkovým drátem je jen jedním z prvků ochrany hranic, který lze navíc, jak ukazují četná videa, poměrně snadno překonat. Podle původců takového zabezpečení není mnohem důležitější samotný plot, ale „elektronická bariéra“.
Systém AMSTA od společnosti WB Group
Nyní, když i tato fáze prací směřuje k dokončení, je možné víceméně definovat, o co se jedná. V komunikaci o elektronické bariéře se řešení obvykle označuje jako perimetrie a konkrétním dodavatelem řešení je společnost WB Group, která nabízí perimetrický systém AMSTA.
Podle výrobce se systém AMSTA skládá z videokamer pracujících v pásmu viditelného světla a infračerveného záření, dále z volitelných termovizních kamer a analýzy obrazu, mikrovlnných nebo infračervených bariér (řešení podobné například domovním alarmům nebo světelným senzorům, které detekují pohyb objektů určité velikosti) a také ze seismických senzorů a sledovacích dronů.
To vše je sdruženo do jediného systému, který shromažďuje šifrovaná data z mnoha různých senzorů a poskytuje tak možnost dálkově monitorovat dlouhé úseky hranic.
Zatímco fungování kamer nebo dronů s různými senzory je jednoduché vysvětlit, stejně jako mikrovlnnou nebo infračervenou bariéru, trochu více pozornosti by si zasloužily neviditelné, podzemní senzory, které mají dohlížet na polskou hranici.
Detekce optických vláken
V informacích o perimetrických systémech nejsou z pochopitelných důvodů zveřejňovány technické detaily zařízení, které má chránit polské hranice. Na základě zpřístupněných informací však lze předpokládat, že byla použita řešení využívající síť optických vláken.
Již řadu let se hojně využívají tzv. optická detekční vlákna, která využívají měřicí techniku zvanou OTDR (Optical Time Domain Reflectometry). Ta je založena na detekci ztrát a interferencí signálu, které – mimo jiné – mohou být důsledkem vychýlení vláken způsobeného například seismickými vlnami vyvolanými tlakem lidské nohy. Existují také systémy – například River Guard – pro kontrolu oblastí podél řek na podobném základě.
Podzemní lidské detektory
Na základě této technologie byla vyvinuta řada detekčních systémů FOSS (Fiber Optic Sensing Solutions), které využívají optickou síť (včetně těch, které byly původně vybudovány spíše pro přenos dat než pro detekci) ke sledování různých jevů. To umožňuje mimo jiné kontrolovat těsnost potrubí, detekovat požáry, úniky nebo sledovat opotřebení různých konstrukcí.
Z hlediska ochrany polské hranice jsou důležitá řešení nazývaná Distribuované optické snímání (DFOS). Lze totiž vyvinout vzory rušení signálu pro různé typy vibrací způsobených například zvukovými vlnami, jak před deseti lety představila společnost OptaSense. Ty umožňují sledovat – v reálném čase – úseky dlouhé až 50 km na základě seismických a akustických signálů.
Na tak velkou vzdálenost je možné detekovat nejen procházející osoby, ale také průjezd vozidel, nízko letících letadel nebo dronů, pokusy o proražení plotu, provedení podřezání, zničení hraniční zábrany nebo střelbu ze střelné zbraně. I přes značnou délku chráněného úseku tak lze určit místo detekce rušení s přesností na několik metrů až jeden metr.
V boji s klimatickými změnami by mohl pomoct štít z měsíčního prachu kolem Země. Jde o jedno z kontroverzních řešení tohoto globálního problému. Jeho vytvoření je velkou výzvou, píše Azocleantech.
Omezení růstu globální teploty
V roce 2015 se světové společenství dohodlo, že bude usilovat o omezení růstu průměrné globální teploty na méně než 1,5 °C ve srovnání s předindustriální dobou. Odborníci se shodují, že tento limit by zabránil některým z nejkatastrofálnějších dopadů globální změny klimatu.
Zatímco mnozí odborníci veřejně obhajují iniciativy, jejichž cílem je splnit limit 1,5 °C, jiní tvrdí, že překročení limitu je vzhledem k emisím uhlíku v atmosféře již nevyhnutelné.
Inovátorská řešení
Nenápadné uznání této skutečnosti dodalo důvěryhodnost kontroverzním návrhům zaměřeným na inženýrské řešení globální klimatické krize. Tyto „geoinženýrské“ nebo „klimatické zásahy“ se obecně dělí do dvou kategorií: odstranit skleníkové plyny z atmosféry nebo snížit oteplování způsobené slunečním zářením.
Přestože technologie pro tyto návrhy v současné době neexistují v potřebném rozsahu a některé návrhy s sebou potenciálně nesou značné nepříznivé vedlejší účinky, nebrání to tomu, aby byly brány vážně.
V nové zprávě PLOS Climate autoři studie tvrdí, že sluneční štít by mohl snížit množství slunečního záření, které dopadá na Zemi, bez výrazných negativních dopadů.
Tvrdí také, že sluneční štít by nebránil rušivému množství slunečního záření a ztlumil by pouze přibližně 1 nebo 2 % ročního slunečního záření.
Kouřové aerosoly uvolňované při rozsáhlých požárech mají rychlý a výrazný ochlazující účinek. Při požárech se však také uvolňují tuny oxidu uhličitého, takže je obtížné vypočítat jakýkoli pozitivní dopad požárů na klima.
Vytvoření slunečního štítu
Autoři studie popisují problémy spojené s vývojem a instalací slunečního štítu. Nejpraktičtějším přístupem založeným na existující literatuře je podle autorů použití masivního prachového mraku, který obíhá mezi Zemí a Sluncem.
Jednou z největších výzev tohoto přístupu je zajistit, aby prachový oblak sledoval oběžnou dráhu Země. Kromě boje s gravitací by prachový oblak musel odolávat tlaku záření ze Slunce.
Podle studijního týmu by vytvoření oblaku uvnitř LaGrangeova bodu „L1“ umožnilo sledovat naši planetu na synchronní dráze kolem Země. LaGrangeovy body jsou body vzhledem k Zemi a Slunci, kde se gravitační síly obou těles vzájemně vyruší a umožní stabilní oběžnou dráhu.
Tato dráha by prachovému oblaku umožnila odolávat gravitačnímu působení Slunce a Země a fyzikální síle slunečního záření.
Největší výzvou je vytvoření dostatečně velkého oblaku, aby měl požadovaný dopad na klima.
Studijní tým zjistil, že by bylo zapotřebí asi 109 kg materiálu, což je přibližně stonásobek největší hmotnosti, která kdy byla vyslána do vesmíru.
Rozemletím prachu na submikronová zrna by se zvětšila plocha mraku, ale zároveň by se snížilo množství stínění, které by poskytoval. Bez ohledu na velikost zrn by se oblak musel pravidelně doplňovat, protože prach by se časem rozptýlil.
Budoucnost budování slunečního štítu
Studijní tým nakonec dospěl k závěru, že nejpraktičtějším přístupem bude těžba načechraného prachu pokrývajícího povrch Měsíce, tzv. regolitu.
Měsíční prach by bylo možné reálně vypustit po sluneční dráze v rámci bodu L1. Při tomto přístupu by se každý foton odražený nebo pohlcený oblakem prachu dostal na Zemi. Pokud by byl oblak vypuštěn dále nebo blíže, tato účinnost by se snížila.
Protože největší a nejvíce odrážející prachový oblak nebude mít velký vliv, pokud nebude trvat příliš dlouho, studijní tým určil, že vypuštění z bodu L1 rychlostí přibližně 10 metrů za sekundu by pomohlo obláčku odolat účinkům slunečního záření.
V tuto chvíli je vývoj do značné míry v teoretické fázi a není jasné, zda by návrh studijního týmu byl účinný, nebo by měl nezamýšlené důsledky. Studie publikovaná v časopise PLOS Climate otevírá dveře dalšímu vědeckému bádání a diskusi a podněcuje inovativní myšlení a společné úsilí čelit globální klimatické krizi.
Inženýři z Riceovy univerzity vyvinuli zařízení, které dokáže přeměnit sluneční světlo na vodík s nebývalou účinností. Nová technologie je významným krokem vpřed v oblasti čisté energie a mohla by sloužit jako platforma pro širokou škálu chemických reakcí, které využívají elektřinu získanou ze slunečního záření k přeměně vstupních surovin na paliva, uvádí SciTechDaily.
Inženýři z Riceovy univerzity mohou přeměňovat sluneční světlo na vodík s rekordní účinností díky zařízení, které kombinuje halidové perovskitové polovodiče nové generace s elektrokatalyzátory v jediném, odolném, nákladově efektivním zařízení.
Revoluční konstrukce fotoreaktoru
Laboratoř Adityi Mohiteho, která se specializuje na chemické a biomolekulární inženýrství, stála v čele konstrukce tohoto integrovaného fotoreaktoru. Klíčovým prvkem v konstrukci zařízení je antikorozní bariéra, která účinně izoluje polovodič od vody, aniž by bránila přenosu elektronů. Jak uvádí studie zveřejněná v časopise Nature Communications, zařízení se může pochlubit působivou 20,8% účinností přeměny slunečního záření na vodík.
Austin Fehr, doktorand chemického a biomolekulárního inženýrství a jeden z hlavních autorů studie, zdůraznil význam této práce. „Využití slunečního světla jako zdroje energie pro výrobu chemických látek je jednou z největších překážek na cestě k čisté energii. Naším cílem je vytvořit ekonomicky proveditelné platformy, které mohou vyrábět paliva získaná ze slunečního záření. Zde jsme navrhli systém, který absorbuje světlo a na svém povrchu dokončuje elektrolýzu vody.“
Překonávání problémů s fotoelektrochemickými články
Zařízení se nazývá fotoelektrochemický článek, protože k absorpci světla, jeho přeměně na elektřinu a využití elektřiny k pohonu chemické reakce dochází v jednom zařízení. Využití fotoelektrochemické technologie k výrobě ekologického vodíku dosud bránila nízká účinnost a vysoká cena polovodičů.
Fehr vysvětlil rozdílnost jejich vynálezu: „Všechna zařízení tohoto typu vyrábějí zelený vodík pouze pomocí slunečního světla a vody, ale naše zařízení je výjimečné, protože má rekordní účinnost a používá velmi levný polovodič.“
Obrázek: Série čtyř snímků z ukázkového videa, které ukazuje, jak fotoreaktor z Riceovy univerzity štěpí molekuly vody a vytváří vodík při simulovaném slunečním světle (Mohite laboratoř/Riceova univerzita)
Cesta za inovacemi a perspektiva do budoucna
Laboratoř Mohite a její spolupracovníci vytvořili zařízení tak, že svůj vysoce konkurenceschopný solární článek přeměnili na reaktor, který by mohl využívat získanou energii ke štěpení vody na kyslík a vodík. Problém, který museli překonat, spočíval v tom, že halogenidové perovskity jsou ve vodě extrémně nestabilní a materiály použité k izolaci polovodičů nakonec buď narušily jejich funkci, nebo je poškodily.
„Během posledních dvou let jsme zkoušeli různé materiály a techniky,“ řekl Michael Wong, chemický inženýr z Riceovy univerzity a spoluautor studie.
Poté, co zdlouhavé pokusy nepřinesly kýžený výsledek, výzkumníci nakonec narazili na vítězné řešení.
„Naším klíčovým poznatkem bylo, že potřebujete dvě vrstvy ochrany/bariéry, jednu, která blokuje vodu, a druhou, která zajišťuje dobrý elektrický kontakt mezi perovskitovými vrstvami a ochrannou vrstvou. Jedná se o první objev v oblasti, které v minulosti dominovaly neúměrně drahé polovodiče, a může představovat cestu ke komerční realizovatelnosti tohoto typu zařízení vůbec poprvé,“ uvedl Fehr.
Výzkumníci ukázali, že jejich návrh bariéry funguje pro různé reakce a s různými polovodiči, takže je použitelný v mnoha systémech.
„Doufáme, že takové systémy budou sloužit jako platforma pro pohánění široké škály elektronů do reakcí vytvářejících palivo z lehce dostupných vstupních surovin pouze se slunečním světlem jako vstupní energií,“ uvedl Mohite.
„S dalšími pokroky by tato technologie mohla otevřít vodíkové hospodářství a změnit způsob, jakým lidé vyrábějí věci z fosilních paliv za pomoci solárního paliva,“ dodal Fehr.
Pětatřicetiletý muž z Lombardie se stal prvním Italem, který si nechal do ruky implantovat pět mikročipů, které mu umožňují platit rukou, otevírat dveře domu bez použití klíče a procházet kontrolními branami v posilovně bez předložení průkazky, píše Dzennik.
Na jednom z nich má uloženy různé údaje a hesla. Tento neobvyklý experiment provedl Mattia Coffetti, odborník na IT bezpečnost. V Itálii se stal průkopníkem podkožních elektronických zařízení.
Mikročipy neobsahují lokátory a fungují stejně jako ty, které máme na bankomatech a kreditních kartách. Jejich instalace pod kůži umožňuje vyjít ven bez nich a platit za to, co si koupíte, vysvětlil italským médiím.
Čipování jako u domácích zvířat
Zařízení, která mladému Italovi implantovali, stojí několik set eur a umísťují se spolu s jednoduchou vakcínou ve specializovaných centrech, včetně tetovacích a piercingových salonů. Jedná se o stejnou metodu, jaká se používá k implantaci čipů psům a kočkám.
Jak bylo uvedeno, mikročipy nevybavily Mattiu Coffetiho superschopnostmi ani z něj neudělaly kyborga, ale rozhodně byl v předvoji.
„Nyní mi slouží k placení, sběru a výměně dat, ale mají nekonečné možnosti, zejména v oblasti medicíny“, dodal italský průkopník. Zdůraznil, že v budoucnu by mohly být velmi užitečné pro celkové sledování životních funkcí a mohly by vyvolat poplach, když se děje něco špatného.“
Coffetti vyjádřil naději, že tato technologie také jednoho dne umožní pozorovat mozek a možná pomůže najít lék na Parkinsonovu a Alzheimerovu chorobu.
Vědci již dříve přišli s novým způsobem, jak ukládat elektřinu do cementu, a to s využitím levných a hojně dostupných materiálů. Pokud by se tento cement rozšířil, mohl by v betonových základech domu uchovávat dostatek energie na pokrytí denní potřeby energie. Ve větším měřítku by elektrifikované silnice mohly napájet elektromobily během jízdy. A pokud vědci najdou způsob, jak to všechno levně provést, mohl by tento pokrok nabídnout téměř neomezenou kapacitu pro ukládání energie z přerušovaných obnovitelných zdrojů, jako je slunce a vítr, uvádí časopis Science.
Cementová zařízení jsou zatím malá, pouze tak velká, aby napájela několik LED žárovek. Již nyní se však pracuje na jejich rozšíření.
Cementová zařízení jsou druhem zjednodušených baterií zvaných superkapacitory. Skládají se ze dvou elektricky vodivých desek oddělených iontově vodivým elektrolytem a tenkou membránou. Při nabíjení zařízení se na jedné desce hromadí kladně nabité ionty z elektrolytu, zatímco na druhé záporně nabité ionty.
Množství akumulované energie závisí na celkové ploše vodivých desek superkapacitoru. Již několik desetiletí se vědci snaží o jejich zabudování do konstrukčních materiálů, jako je beton používaný v silnicích a budovách nebo uhlíkové kompozity používané v karoseriích automobilů a letadel. Na rozdíl od současných nejlepších baterií superkapacitory obvykle používají nehořlavé elektrolyty, takže jsou bezpečnější.
Problém spočívá v tom, že cement, který je hlavní složkou betonu, je obvykle špatným elektrickým vodičem. V posledních letech proto několik skupin vytvořilo strukturální superkapacitory pomocí cementu s vysoce vodivými formami uhlíku, jako je grafen nebo uhlíkové nanotrubičky. Ačkoli tyto látky fungují dobře, jsou drahé a těžko se vyrábějí v obrovských objemech používaných v cementářském průmyslu, poznamenává Franz-Josef Ulm, stavební inženýr z Massachusettského technologického institutu (MIT).
Při hledání levnější alternativy se Ulm a jeho kolegové obrátili na starou formu práškového uhlíku, známou jako saze, která se od starověku používá jako černý pigment. Saze jsou levné a celosvětově rozšířené a jsou také vysoce vodivé.
Ulm a jeho tým smíchali malé procento sazí s cementovým práškem a přidali vodu. Voda se snadno spojí s cementem. Protože však částice sazí vodu odpuzují, mají tendenci se shlukovat a vytvářet v tuhnoucím cementu dlouhé propojené útvary, které se chovají jako síť drátů.
Ulm a jeho kolegové rozřezali tento drátěný cement na malé destičky a vytvořili tak superkapacitor o tloušťce 1 milimetr a šířce 1 centimetr, což je přibližně velikost knoflíku. Po přidání membrány, elektrolytu vyrobeného z chloridu draselného – jednoduché soli – a vody vědci sendvičovou strukturu uzavřeli. Když pak k deskám připojili vodič a otočili vypínačem, cementové superkapacitory rozsvítily řadu LED světel.
Pokud by se z uhlíkových sazí vyrobil beton o objemu 45 metrů krychlových, což je zhruba množství, které se používá v základech běžného domu, bylo by možné v něm uložit 10 kilowatthodin energie, což by stačilo na celodenní napájení průměrné domácnosti, uvádí tým v současném vydání časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences. Pokud by se stejný přístup použil při stavbě silnic, parkovišť nebo příjezdových cest, mohl by elektrifikovaný beton uchovávat obnovitelnou energii a dodávat ji elektromobilům prostřednictvím indukčních nabíječek. Jedním z přístupů by mohlo být posílání elektřiny do podvozků automobilů prostřednictvím měděných cívek zabudovaných ve vozovce – trochu podobně jako bezdrátové nabíječky nabíjejí chytré telefony. Taková technologie se již vyvíjí v Německu a Nizozemsku.
Tím, že by elektrifikovaný cement nabídl levnější alternativu k dražším bateriím, by také mohl učinit skladování obnovitelné energie dostupnější pro rozvojové země, říká Admir Masic, chemik z MIT a spoluautor studie. „Tím se dostáváme do nového prostoru pro skladování energie za ceny dostupné kdekoli na světě.“
Aby výzkumníci uspěli, budou muset zvětšit velikost desek o velikosti knoflíku. Jak se superkapacitory zvětšují, jejich elektrická vodivost obvykle klesá, což ztěžuje dodávání a získávání energie z nich. Ulm poznamenává, že jedním z řešení je jednoduše přidat do směsi více sazí – ale ne tolik, aby to oslabilo strukturální integritu cementu. V případě konstrukčního betonu výzkumníci zjistili, že mohou přidat až 10 % sazí, aniž by to příliš narušilo jeho pevnost. Ulm říká, že skupina si svou technologii nechala patentovat a nyní pracuje na jejím rozšíření, aby odpovídala výkonu 12voltové autobaterie.
150 metrů dlouhý MySE 16-260 se může pochlubit více než dvojnásobnou velikostí lopatky vaší průměrné větrné turbíny
Pětisetmetrový MySE 16-260 (pojmenovaný podle společnosti Mingyang Smart Energy, která jej vyrobila) se tyčí nad větrnou farmou na moři, kterou vlastní vládní energetická společnost China Three Gorges Corporation (CTG), píše EXTREME Tech. Podél Tchajwanského průlivu, kde se větrná farma nachází, jsou známy poryvy větru o síle až 7 (32 až 38 mil za hodinu), které jsou připraveny přeměnit je na čistou energii. Společnost CTG se letos v létě podělila o to, že po zahájení stavby v únoru konečně dokončila instalaci turbíny. Skutečnou zkouškou však bylo zapnutí turbíny a naštěstí se zdá, že právě tento úkol se podařil.
Šestnáctimegawattová turbína s lopatkami dlouhými 403 stop dokáže v závislosti na svém kapacitním faktoru vyrobit 67 milionů kWh energie ročně. (Většina turbín v USA se pohybuje kolem faktoru 42 %, ale Tchajwanský průliv opět nabízí vítr, který většina regionů nemá). CTG odhaduje, že to stačí na zajištění energie pro zhruba 80 000 obyvatel v daném okamžiku a na eliminaci až 56 000 tun emisí oxidu uhličitého, které by jinak vznikly v uhelných elektrárnách. Naproti tomu průměrná pozemní turbína ve Spojených státech nebo Velké Británii vyrobí po započtení 42% kapacitního faktoru asi 6 milionů kWh ročně.
#CTGNews CTG's 16-MW wind turbine, the 1️⃣st in the world with such a large capacity, features 3 impellers, each measuring 123 meters in length.? These impellers can sweep an area of approximately 50,000 m², which is equivalent to the size of 7 standard football⚽️fields.? pic.twitter.com/8EHvaGcaVC
Turbína MySE 16-260 je také navržena tak, aby odolala tajfunům s rychlostí větru až 79,8 m/s, tedy 287 km za hodinu. Jeho odolnost rychle prověřil tajfun Talim, který v polovině července zasáhl jižní Čínu a jehož vítr dosahoval rychlosti až 85 kilometrů za hodinu. Poté, co Talim přešel, MySE 16-260 stále stál.
Podle prohlášení zaslaného serveru IFLScience plánuje CTG uvádět do sítě další megaturbíny „po dávkách“. Šestnáctimegawattová turbína na moři vyráběná společností Goldwind, jedním z konkurentů společnosti Mingyang, byla ve velikosti turbín sražena na druhé místo.
Na videu pořízeném americkým námořnictvem je vidět neidentifikovaný létající objekt, který před pádem do oceánu pluje po obrazovce a vzbuzuje představivost lovců UFO po celém světě, píše IFL Science. V současné době je o objektu jen málo informací, kromě toho, že Pentagon potvrdil, že záběry jsou autentické a video zpřístupnil na internetu dokumentarista UFO.
„Americké námořnictvo vyfotografovalo a natočilo UFO „kulovitého“ tvaru a pokročilá transmediální plavidla. Zde je část těchto záběrů.“ uvádí filmař Jeremy Corbell na svých webových stránkách, kde se podělil o klip a podrobnosti o objektu.
Podle Corbella bylo video pořízeno před dčtyřmi lety, v roce 2019, ale od té doby bylo zpřístupněno veřejnosti. Předpokládá se, že pochází z vnitřku bojového informačního centra USS Omaha, které ho pořídilo při plavbě okolo pobřeží San Diega, i když to není potvrzeno.
Ačkoli je video krátké, zdá se, že objekt je schopen cestovat vzduchem i vodou, což z něj činí pokročilejší transmediální prostředek než jakákoli známá vojenská či jiná vozidla. Samotný objekt je neuvěřitelně malý, radarové snímky ukazují pevnou kouli o průměru pouhé 2 metry. Zdá se však, že je rychlý a během letu vzduchem dosahuje rychlosti až 254 kilometrů za hodinu.
Krátce po jeho spatření bylo provedeno pátrání pomocí ponorky, ale objekt byl již dávno pryč.
V současné době není známo žádné plavidlo, které by dokázalo delší dobu létat vzduchem a poté přejít do vody a pokračovat v cestě. V průběhu devadesátých let 20. století byla zkoumána koncepce létající ponorky, ale značné problémy se zásobováním vzduchem a palivem způsobily, že se tato myšlenka nikdy zcela neujala. V roce 2008 se Spojené státy připravovaly na vypsání zakázek na létající ponorku, ale poté, co společnost Lockheed Martin zrušila své plány na ponorný bezpilotní letoun, se zdá, že se zakázky nikdy neuskutečnily.
Přelomová raketa na bázi jaderné fúze by mohla zkrátit dobu potřebnou k cestě astronautů na Mars na polovinu. Společnost Pulsar Fusion zahájila stavbu největšího raketového motoru na bázi jaderné fúze, jaký byl kdy postaven. Rychlost výfukových plynů nové rakety by mohla dosáhnout více než 500 000 mil za hodinu, uvádí Popular Mechanics.
„Lidstvo má v naší rostoucí vesmírné ekonomice obrovskou potřebu rychlejšího pohonu a jaderná fúze nabízí tisícinásobek výkonu konvenčních iontových motorů, které se v současnosti používají na oběžné dráze,“ uvedl v prohlášení Richard Dinan, generální ředitel společnosti Pulsar Fusion. „Stručně řečeno, pokud lidé mohou dosáhnout fúze pro výrobu energie, pak je fúzní pohon ve vesmíru nevyhnutelný. Jsme přesvědčeni, že fúzní pohon bude ve vesmíru demonstrován o desítky let dříve, než se nám podaří využít fúzi pro výrobu energie na Zemi.“
Klíčem k fúznímu pohonu je vytvoření trvalého tepla. Doufejme, že nový raketový motor Pulsar Fusion s přímým fúzním pohonem (DFD) dosáhne teploty několika set milionů stupňů, což vytvoří teplotu vyšší než na Slunci.
Inženýři staví motor v testovacím zařízení v anglickém Bletchley. Fúzní reaktor generuje energii vytvářením plazmatu elektricky nabitých částic. Tyto nabité částice se pomocí rotujícího magnetického pole přeměňují na tah.
Udržení superžhavého plazmatu elektromagnetickým polem je však velkou výzvou. Aby společnost lépe porozuměla složitému plazmatu, využívá data z fúzního reaktoru PFRC-2 pomocí umělé inteligence. Simulace budou hodnotit výkonnost jaderné fúze plazmatu pro pohon, a to při výstupu výfukových částic z raketového motoru rychlostí stovek kilometrů za sekundu.
„Plazma se chová jako meteorologický jev v tom smyslu, že je neuvěřitelně těžké ho předvídat pomocí konvenčních technik,“ řekl Dr. James Lambert, finanční ředitel společnosti Pulsar Fusion, pro Space Daily. „Vědci nejsou schopni kontrolovat turbulentní plazma, které se zahřívá na stovky milionů stupňů, a reakce se jednoduše zastaví.“
Pokud se však podaří vyřešit zádrhele v systému DFD, bylo by podle společnosti možné výrazně zkrátit dobu průletu k Marsu, Jupiteru a Saturnu. Astronauti, kteří chtějí studovat možnosti života na Titanu, jednom ze Saturnových měsíců, by mohli cestu zvládnout za dva roky (oproti desítkám let) při použití pohonu DFD. Tento pohon by mohl usnadnit i průzkum mimo naši sluneční soustavu.
„Pohon Direct Fusion Drive je skutečně převratná technologie, která nám umožní dosáhnout cílů v hlubokém vesmíru mnohem rychleji a s obrovským množstvím energie,“ uvedla v tiskové zprávě Stephanie Thomasová, viceprezidentka společnosti Princeton Satellite Systems, která se podílí na testování rakety. „Je to dramaticky odlišný způsob provozování misí do hlubokého vesmíru, který nám ušetří čas a peníze a umožní nám dělat více vědecké práce, až se tam dostaneme.“
Lodě bez posádky. Samostatně řízené roje dronů. Jak operační skupina amerického námořnictva využívá hotovou robotiku a umělou inteligenci k přípravě na příští věk konflikt
Flotila robotických lodí se mírně pohupuje v teplých vodách Perského zálivu, někde mezi Bahrajnem a Katarem, možná 100 mil od íránského pobřeží, píše WIRED. Jsem na nedaleké palubě rychlého člunu americké pobřežní stráže a mžourám na to, co chápu, že je na levoboku. Toho rána na začátku prosince 2022 je obzor posetý ropnými tankery, nákladními loděmi a malými rybářskými čluny, které se třpytí v horku. Zatímco motorový člun proplouvá kolem flotily robotů, toužím po slunečníku, nebo dokonce po mraku.
Roboti nesdílejí mou ubohou lidskou potřebu stínu, ani nevyžadují žádné jiné biologické vymoženosti. Je to patrné z jejich konstrukce. Několik z nich se podobá typickým hlídkovým člunům, jako je ten, na kterém jsem já, ale většina z nich je menší, štíhlejší, níže k vodě. Jeden vypadá jako kajak na solární pohon. Další vypadá jako surfovací prkno s kovovou plachtou. Další mi připomíná auto Google Street View na pontonech.
Tyto stroje se zde shromáždily na cvičení, které pořádá Task Force 59, skupina v rámci Páté flotily amerického námořnictva. Zaměřuje se na robotiku a umělou inteligenci, dvě rychle se vyvíjející technologie, které utvářejí budoucnost války. Úkolem Task Force 59 je rychle je začlenit do námořních operací, což se děje tak, že získává nejnovější hotové technologie od soukromých dodavatelů a spojuje je do jednotného celku. Cvičení v Perském zálivu spojilo více než tucet platforem bez posádky – povrchová plavidla, ponorky, vzdušné drony. Mají být distribuovanými očima a ušima operační skupiny 59: Budou sledovat hladinu oceánu pomocí kamer a radarů, naslouchat pod hladinou pomocí hydrofónů a shromážděná data budou procházet algoritmy pro porovnávání vzorů, které budou třídit ropné tankery od pašeráků.
Kolega na motorovém člunu mě upozorní na jedno z plavidel ve stylu surfovacího prkna. To prudce sklopí plachtu jako přehazovačku a vklouzne pod vlnobití. Říká se mu Triton a dá se naprogramovat, aby to udělalo, když jeho systémy vycítí nebezpečí. Zdá se mi, že by se toto mizení mohlo hodit i v reálném světě: Pár měsíců před tímto cvičením se íránská válečná loď zmocnila dvou autonomních plavidel zvaných Saildrones, která se neumí ponořit. Námořnictvo muselo zasáhnout, aby je získalo zpět.
Triton by mohl zůstat ponořený až pět dní a vynořit se, až bude pobřeží čisté, aby si nabil baterie a zavolal domů. Naštěstí se můj motorový člun tak dlouho nezdrží. Nahodí motor a houká zpátky do přístavní zátoky 150 stop dlouhého kutru pobřežní stráže. Mířím rovnou na horní palubu, kde vím, že pod markýzou je hromada balené vody. Když projíždím kolem, prohlížím si těžké kulomety a minomety namířené na moře.
Paluba se ve větru ochlazuje, když se kutr vrací na základnu v Manamě v Bahrajnu. Během cesty se dávám do řeči s posádkou. Dychtivě si s nimi povídám o válce na Ukrajině a o intenzivním používání tamních bezpilotních letounů, od amatérských kvadrokoptér vybavených ručními granáty až po plně vojenské systémy. Chci se jich zeptat na nedávný útok na Ruskem okupovanou námořní základnu v Sevastopolu, na němž se podílelo několik ukrajinských dronů nesoucích výbušniny – a na veřejnou crowdfundingovou kampaň na stavbu dalších. Ale tyto rozhovory nebudou možné, říká můj doprovod, záložník ze společnosti Snap, která se zabývá sociálními médii. Protože pátá flotila operuje v jiném regionu, nemají ti z Task Force 59 mnoho informací o tom, co se děje na Ukrajině, říká. Místo toho mluvíme o generátorech obrazů s umělou inteligencí a o tom, zda připraví umělce o práci, o tom, jak se zdá, že civilní společnost dosahuje s umělou inteligencí svého vlastního inflexního bodu. Popravdě řečeno, zatím nevíme ani polovinu. Je to teprve den, co společnost OpenAI spustila ChatGPT, konverzační rozhraní, které by rozbilo internet.
Po návratu na základnu se vydávám do operačního střediska robotů, kde skupina lidí dohlíží na rozmístěné senzory na vodě. ROC je místnost bez oken s několika řadami stolů a počítačových monitorů – docela bez charakteru, až na stěny, které jsou vyzdobeny inspirativními citáty osobností jako Winston Churchill nebo Steve Jobs. Zde se setkávám s kapitánem Michaelem Brasseurem, velitelem operační skupiny 59, opáleným mužem s oholenou hlavou, pohotovým úsměvem a námořnickým přimhouřením oka. (Brasseur mezitím odešel z námořnictva do výslužby.) Prochází mezi stoly a vesele vysvětluje, jak ROC funguje. „Tady se slučují všechna data, která přicházejí z bezpilotních systémů, a využíváme zde umělou inteligenci a strojové učení, abychom získali opravdu zajímavé poznatky,“ říká Brasseur, tře si ruce o sebe a při vyprávění se usmívá.
Na monitorech bliká aktivita. Umělá inteligence operační skupiny 59 upozorňuje na podezřelá plavidla v oblasti. Dnes už označila několik lodí, které neodpovídaly jejich identifikačnímu signálu, což přimělo flotilu, aby se na ně podívala blíže. Brasseur mi ukazuje nové rozhraní ve vývoji, které jeho týmu umožní provádět mnoho těchto úkolů na jedné obrazovce, od prohlížení kamerového záznamu bezpilotní lodi až po její nasměrování blíže k akci.
"Může se zapojit autonomně, ale nedoporučujeme to. Nechceme rozpoutat třetí světovou válku."
Brasseur a další pracovníci základny zdůrazňují, že autonomní systémy, které testují, slouží pouze k detekci a snímání, nikoli k ozbrojenému zásahu. „V současné době se Task Force 59 zaměřuje na zvýšení viditelnosti,“ říká Brasseur. „Vše, co zde děláme, podporuje posádky plavidel.“ Některé z robotických lodí zapojených do cvičení však ukazují, jak krátká může být vzdálenost mezi neozbrojeným a ozbrojeným plavidlem – jde o výměnu užitečného zatížení a úpravu softwaru. Jeden z autonomních rychlých člunů, Seagull, je navržen tak, aby lovil miny a ponorky tím, že za sebou táhne soustavu sonarů. Amir Alon, vrchní ředitel izraelské obranné firmy Elbit Systems, která Seagull vytvořila, mi řekl, že může být také vybaven dálkově ovládaným kulometem a torpédy, která se odpalují z paluby. „Může se zapojit autonomně, ale nedoporučujeme to,“ říká s úsměvem. „Nechceme rozpoutat třetí světovou válku.“
Ne, nechceme. Ale Alonův vtip se dotýká důležité pravdy: autonomní systémy se schopností zabíjet už existují po celém světě. V jakémkoli větším konfliktu, dokonce i v takovém, který bude mít daleko ke třetí světové válce, bude každá strana brzy čelit pokušení nejen tyto systémy vyzbrojit, ale v některých situacích i odstranit lidský dohled a uvolnit stroje k boji rychlostí stroje. V této válce umělé inteligence proti umělé inteligenci budou umírat pouze lidé. Je tedy rozumné se ptát: Jak tyto stroje a lidé, kteří je vytvářejí, přemýšlejí?
ZÁBLESKY AUTONOMNÍCH technologií existují v americké armádě již desítky let, od softwaru autopilota v letadlech a bezpilotních letounech až po automatická palubní děla, která chrání válečné lodě před přilétajícími raketami. Jedná se však o omezené systémy, které jsou určeny k plnění specifických funkcí v konkrétních prostředích a situacích. Možná autonomní, ale ne inteligentní. Teprve v roce 2014 začaly špičky Pentagonu uvažovat o schopnějších autonomních technologiích jako o řešení mnohem závažnějšího problému.
Bob Work, tehdejší náměstek ministra obrany, se obával, že geopolitičtí soupeři země se „blíží k paritě“ s americkou armádou. Chtěl vědět, jak „znovu získat převahu“ – jak zajistit, že i když USA nemohou nasadit tolik vojáků, letadel a lodí jako například Čína, mohou z případného konfliktu vyjít vítězně. Work se proto zeptal skupiny vědců a technologů, na co by mělo ministerstvo obrany zaměřit své úsilí. „Vrátili se a řekli, že autonomie s využitím umělé inteligence,“ vzpomíná. Začal pracovat na národní obranné strategii, která by kultivovala inovace vycházející z technologického sektoru, včetně nově vznikajících schopností, které nabízí strojové učení.
To se snáze řeklo, než udělalo. Ministerstvo obrany získalo některé projekty – včetně experimentální válečné lodi Sea Hunter za 20 milionů dolarů a flotily konvenčních plavidel Ghost Fleet Overlord, která byla modernizována tak, aby mohla fungovat autonomně -, ale v roce 2019 se pokusy ministerstva o využití velkých technologií zadrhly. Snaha o vytvoření jednotné cloudové infrastruktury pro podporu AI ve vojenských operacích se stala politicky horkým bramborem a byla zrušena. Projekt společnosti Google, který zahrnoval využití AI k analýze leteckých snímků, se setkal s bouří kritiky veřejnosti a protestů zaměstnanců. Když námořnictvo zveřejnilo svůj plán stavby lodí do roku 2020, tedy nástin vývoje amerických flotil v příštích třech desetiletích, zdůraznilo význam systémů bez posádky, zejména velkých hladinových lodí a ponorek – na jejich vývoj však vyčlenilo relativně málo peněz.
V malé kanceláři hluboko v Pentagonu si bývalý námořní pilot Michael Stewart tento problém dobře uvědomoval. Stewart, pověřený dohledem nad vývojem nových bojových systémů pro americkou flotilu, začal mít pocit, že námořnictvo je jako Blockbuster, který náměsíčně vstupuje do éry Netflixu. O několik let dříve navštěvoval na Harvard Business School přednášky Claye Christensena, akademika, který studoval, proč jsou velké, úspěšné podniky narušovány menšími účastníky trhu – často proto, že kvůli soustředění na současný byznys přehlížejí nové technologické trendy. Otázkou pro námořnictvo podle Stewarta bylo, jak urychlit zavádění robotiky a umělé inteligence, aniž by zabředlo do institucionální byrokracie.
Ostatní v té době uvažovali podobně. V prosinci toho roku například výzkumníci z RAND, vládou financovaného obranného think tanku, zveřejnili zprávu, která navrhovala alternativní cestu: Proč místo financování hrstky drahých autonomních systémů nekoupit levnější systémy po celých rojích? Na základě několika válečných her s čínskou invazí na Tchaj-wan zpráva RAND uvádí, že nasazení obrovského množství levných bezpilotních letounů by mohlo výrazně zvýšit šance USA na vítězství. Hypotetické drony – které RAND nazval „koťata“ – by díky tomu, že by poskytovaly obraz o každém plavidle v Tchajwanské úžině, mohly USA rychle zničit nepřátelskou flotilu. (Tuto předpověď tehdy zaznamenal čínský vojenský časopis, který se zabýval potenciálem xiao mao, což je čínský výraz pro „koťata“, v Tchajwanském průlivu).
Počátkem roku 2021 Stewart se skupinou kolegů vypracoval čtyřicetistránkový dokument nazvaný Unmanned Campaign Framework. V něm byl nastíněn kusý, nekonvenční plán využití autonomních systémů námořnictvem, který upouštěl od konvenčních zakázek ve prospěch experimentování s levnými robotickými platformami. Na tomto úsilí by se podílel malý, různorodý tým – specialisté na umělou inteligenci a robotiku, odborníci na námořní strategii – který by mohl spolupracovat na rychlé realizaci nápadů. „Nejde jen o bezpilotní systémy,“ říká Stewart. „Je to stejně – ne-li více – organizační příběh.“
Stewartův plán přitáhl pozornost viceadmirála Brada Coopera z Páté flotily, jejíž teritorium se rozkládá na 2,5 milionu čtverečních mil vody, od Suezského průplavu kolem Arabského poloostrova až po Perský záliv. Tato oblast je plná lodních tras, které jsou životně důležité pro světový obchod a zároveň jsou plné nelegálního rybolovu a pašování. Od konce války v Perském zálivu, kdy se část pozornosti a zdrojů Pentagonu přesunula do Asie, hledal Cooper způsoby, jak udělat více s menšími náklady, říká Stewart. Írán zintenzivnil své útoky na obchodní plavidla, přepadal je v ozbrojených rychlých člunech a dokonce útočil pomocí bezpilotních letounů a dálkově řízených člunů.
Cooper požádal Stewarta, aby se k němu a Brasseurovi připojil v Bahrajnu, a všichni tři společně začali vytvářet operační skupinu 59. Podívali se na autonomní systémy, které se již používají na jiných místech světa – například pro sběr klimatických dat nebo monitorování ropných plošin na moři – a došli k závěru, že pronájem a úprava tohoto vybavení by stály zlomek toho, co námořnictvo obvykle vydává na nové lodě. Task Force 59 by pak použila software řízený umělou inteligencí, aby dala dohromady jednotlivé části. „Pokud budou nové bezpilotní systémy schopny pracovat v těchto složitých vodách,“ řekl mi Cooper, „věříme, že je bude možné rozšířit i na ostatní flotily amerického námořnictva.“
Při vytváření nové operační skupiny byly tyto vody stále složitější. V časných ranních hodinách 29. července 2021 mířil ropný tanker Mercer Street na sever podél pobřeží Ománu, na cestě z Tanzanie do Spojených arabských emirátů, když se na obzoru objevily dva černé bezpilotní letouny ve tvaru písmene V, které se prohnaly jasnou oblohou a pak explodovaly v moři. O den později, poté, co posádka posbírala z vody trosky a nahlásila incident, třetí dron střemhlav bombardoval střechu řídicí místnosti lodi, tentokrát odpálil výbušninu, která konstrukci roztrhala a zabila dva členy posádky. Vyšetřovatelé dospěli k závěru, že na vině jsou tři „sebevražedné drony“ vyrobené v Íránu.
Hlavní hrozbou, na kterou Stewart myslel, byla Čína. „Mým cílem je přijít s levnými nebo levnějšími věcmi velmi rychle – během pěti let – a vyslat odstrašující signál,“ říká. Čína však přirozeně investuje značné prostředky i do vojenské autonomie. Zpráva Georgetownské univerzity z roku 2021 uvádí, že Lidová osvobozenecká armáda vydává na tuto technologii více než 1,6 miliardy dolarů ročně – zhruba stejně jako USA. Zpráva rovněž uvádí, že autonomní plavidla podobná těm, která používá Task Force 59, jsou hlavním předmětem zájmu čínského námořnictva. To již vyvinulo klon lodi Sea Hunter spolu s údajně velkou mateřskou lodí bezpilotního letounu.
Stewart však o svou práci nezaznamenal velký zájem, dokud Rusko nenapadlo Ukrajinu. „Lidé mi volají a říkají: ‚Víš, jak jsi mluvil o těch autonomních věcech? Dobře, řekni mi víc,'“ říká. Stejně jako námořníci a úředníci, s nimiž jsem se setkal v Bahrajnu, se nechtěl k situaci konkrétně vyjadřovat – ani k útoku dronů na Sevastopol, ani k balíčku pomoci ve výši 800 milionů dolarů, který USA poslaly Ukrajině loni na jaře a který zahrnoval blíže nespecifikovaný počet „bezpilotních plavidel pobřežní obrany“, ani k práci Ukrajiny na vývoji plně autonomních zabijáckých dronů. Stewart by řekl jen toto: „Časová osa se rozhodně posouvá.“
Hivemind je navržen k řízení stíhačky F-16 a dokáže porazit většinu lidských pilotů, kteří se s ním utkají na simulátoru.
JSEM V kalifornském San Diegu, hlavním přístavu americké tichomořské flotily, kde startupy v obranném průmyslu rostou jako houby po dešti. Přímo přede mnou, ve vysoké prosklené budově obklopené palmami, sídlí společnost Shield AI. Stewart mě vybídl, abych navštívil společnost, která vyrábí V-BAT, vzdušný dron, s nímž experimentuje Task Force 59 v Perském zálivu. Ačkoli vypadá podivně – má tvar obráceného T s křídly a jedinou vrtulí ve spodní části -, je to působivý kus hardwaru, dostatečně malý a lehký, aby ho dvoučlenný tým mohl vypustit prakticky odkudkoli. Ale je to software uvnitř V-BATu, pilot s umělou inteligencí zvaný Hivemind, který jsem si přišel prohlédnout.
Procházím zářivě bílými kancelářemi společnosti, kolem inženýrů, kteří si pohrávají s kousky dronů a řádky kódu, do malé konferenční místnosti. Tam na velké obrazovce sleduji, jak se tři V-BATS vydávají na simulovanou misi v kalifornské poušti. Někde poblíž zuří lesní požár a jejich úkolem je ho najít. Letadla startují vertikálně ze země, pak se naklánějí dopředu a odlétají různými směry. Po několika minutách jeden z dronů zaměří místo požáru a předá informaci svým kolegům. Ty upraví let a přiblíží se k požáru, aby zmapovaly jeho celý rozsah.
Simulované V-BATy se neřídí přímými lidskými povely. Neřídí se ani příkazy zakódovanými lidmi v běžném softwaru – rigidním Když tohle, tak tamto. Místo toho drony autonomně snímají a navigují své prostředí, plánují, jak splnit svou misi, a spolupracují v roji. Inženýři společnosti -Shield AI vycvičili Hivemind částečně pomocí posilovacího učení, kdy jej nasadili na tisíce simulovaných misí a postupně jej přiměli k tomu, aby si vybral nejefektivnější způsob, jak splnit svůj úkol. „Jsou to systémy, které umí myslet a rozhodovat se,“ říká Brandon Tseng, bývalý příslušník námořnictva SEAL, který společnost spoluzaložil.
Tato verze systému Hivemind obsahuje poměrně jednoduchý dílčí algoritmus, který dokáže identifikovat simulované lesní požáry. Samozřejmě, že jiná sada dílčích algoritmů by mohla pomoci hejnu dronů identifikovat libovolný počet jiných cílů – vozidla, plavidla, lidské bojovníky. Systém se neomezuje ani na V-BAT. Hivemind je navržen i pro řízení stíhačky F-16 a dokáže porazit většinu lidských pilotů, kteří se s ním utkají v simulátoru. (Společnost předpokládá, že se tato umělá inteligence stane „kopilotem“ v novějších generacích bojových letounů). Hivemind také ovládá kvadrokoptéru Nova 2, která je dostatečně malá, aby se vešla do batohu, a dokáže zkoumat a mapovat interiéry budov a podzemních komplexů.
Pro Task Force 59 – nebo pro jakoukoli vojenskou organizaci, která se chce relativně levně přeorientovat na umělou inteligenci a robotiku – je přitažlivost těchto technologií jasná. Nabízejí nejen „lepší viditelnost“ na bojišti, jak říká Brasseur, ale také možnost projektovat sílu (a potenciálně použít sílu) s menším počtem skutečných lidí na pracovišti. Místo abyste na pátrací a záchrannou akci nebo průzkumnou misi nasadili desítky lidských operátorů dronů, mohli byste tam poslat tým V-BAT nebo Nova 2. Místo toho, abyste při vzdušném útoku riskovali životy svých velmi draze vycvičených pilotů, mohli byste vyslat roj levných dronů, z nichž každý by byl pilotován stejným umělou inteligencí esa, každý by byl prodloužením stejné rojové mysli.
Přesto, jakkoli mohou být algoritmy strojového učení úžasné, mohou být ze své podstaty nevyzpytatelné a nepředvídatelné. Během své návštěvy ve společnosti Shield AI jsem se krátce setkal s jedním z dronů Nova 2 této společnosti. Vznese se z podlahy kanceláře a vznáší se asi metr od mého obličeje. „Prohlíží si vás,“ říká jeden z inženýrů. O chvíli později dron zabzučí nahoru a proletí maketou okna na jedné straně místnosti. Zážitek je znepokojivý. V jediném okamžiku si o mně tato malá vzdušná inteligence udělala úsudek. Ale jak? Ačkoli odpověď může být přístupná inženýrům společnosti Shield AI, kteří mohou přehrávat a analyzovat prvky rozhodování robota, společnost stále pracuje na tom, aby tyto informace zpřístupnila „neodborným uživatelům“.
Stačí se podívat do civilního světa, abychom viděli, jak se tato technologie může zvrtnout – systémy rozpoznávání obličejů, které vykazují rasové a genderové předsudky, samořiditelná auta, která narážejí do objektů, na něž nebyla vyškolena. I při pečlivém inženýrství by se vojenský systém využívající umělou inteligenci mohl dopustit podobných chyb. Algoritmus vycvičený k rozpoznávání nepřátelských nákladních vozidel může být zmaten civilním vozidlem. Systém protiraketové obrany navržený tak, aby reagoval na přicházející hrozby, nemusí být schopen plně „vysvětlit“, proč chybně vystřelil.
Tato rizika vyvolávají nové etické otázky, podobné těm, které přinášejí nehody samořízených automobilů. Pokud autonomní vojenský systém udělá smrtelnou chybu, kdo za ni ponese odpovědnost? Je to velitel odpovědný za operaci, důstojník dohlížející na systém, počítačový inženýr, který sestavil algoritmy a propojil úl, zprostředkovatel, který dodal tréninková data?
Jedno je jisté: technologie se rychle vyvíjí. Když jsem se s Tsengem setkal, řekl, že cílem Shield AI je mít „operační tým tří V-BAT v roce 2023, šest V-BAT v roce 2024 a 12 V-BAT v roce 2025“. Osm měsíců poté, co jsme se setkali, Shield AI vypustila tým tří V-BATů z letecké základny, aby provedl simulovanou misi při lesním požáru. Společnost se nyní také chlubí tím, že Hivemind lze vycvičit k plnění celé řady misí – lovu raketových základen, střetům s nepřátelskými letouny – a brzy bude schopen operovat i v případě omezené nebo přerušené komunikace.
Před odjezdem ze San Diega si prohlédnu letadlovou loď USS Midway, která byla původně uvedena do služby na konci druhé světové války a nyní je trvale zakotvena v zátoce. Desítky let na ní byly umístěny jedny z nejmodernějších vojenských technologií na světě a sloužila jako plovoucí přistávací dráha pro stovky letadel, která létala na průzkumné a bombardovací mise v konfliktech od Vietnamu po Irák. Uprostřed letadlové lodi, jako jeskynní kovový žaludek, je hangárová paluba. Dveře na jedné straně vedou do králičí říše chodeb a místností, včetně stísněných ubikací námořníků, pohodlných důstojnických ložnic, kuchyní, ošetřoven, dokonce i holičství a prádelny – připomínka toho, že tuto loď nazývalo domovem najednou 4 000 námořníků a důstojníků.
Když tu stojím, cítím, jak hluboký bude přechod k autonomii. Možná bude trvat ještě dlouho, než počet lodí bez posádky převýší počet lodí s lidmi na palubě, a ještě déle, než budou na mořích vládnout mateřské lodě s drony. Ale robotická armáda Task Force 59, jakkoli je v plenkách, znamená krok do jiného světa. Možná to bude bezpečnější svět, ve kterém budou sítě autonomních dronů rozmístěné po celém světě pomáhat lidem držet konflikty pod kontrolou. Nebo se možná obloha zatemní útočnými roji. Ať už je budoucnost na obzoru jakákoli, roboti plují tímto směrem.
Někdy rychlost warp prostě nepřipadá v úvahu. Jak tedy překonat obrovské vesmírné vzdálenosti? Samozřejmě skokem červí dírou. Tyto tunely v časoprostoru umožňují hvězdným lodím proplouvat galaxií v seriálu Star Trek: Deep Space Nine a tvoří mimozemský tranzitní uzel, který jsme viděli ve filmu „Kontakt“ z roku 1997. Prozatím jsou však červí díry pouhým konceptem, a to velmi spekulativním, píše Life Science. „Celá věc je v tuto chvíli velmi hypotetická,“ řekl Stephen Hsu, profesor teoretické fyziky na Oregonské univerzitě. „Nikdo si nemyslí, že v dohledné době najdeme červí díru.“
Schopnost někdy skutečně využít červí díry jako mezihvězdné superdálnice se zdá být velmi vzdálená. Přesto fyzika existenci těchto mostů časoprostorem zcela nezavírá.
Prorážení časoprostorem
O červích dírách hovoří vědci již téměř sto let. Z fyzikálního hlediska by k vytvoření červích děr mohla vést řada cest. Jednou z nejvíce prozkoumaných je obecná teorie relativity Alberta Einsteina. „Mohla by existovat řešení Einsteinových rovnic, která jsou červími dírami,“ řekl Hsu v rozhovoru pro pořad Life’s Little Mysteries.
Tato řešení popisují „trubice“ procházející čtyřmi dimenzemi časoprostoru, které potenciálně spojují dvě oblasti vzdálené od sebe obrovské vzdálenosti. Představte si dvě tečky na listu papíru, který je pak přeložen tak, aby se tečky překrývaly. Toto překrytí je vaše červí díra, která by teoreticky mohla umožnit okamžitý přenos hmoty z bodu A do bodu B, místo aby cestovala běžnou, dlouhou cestou přes list.
Vědci mají teorie o tom, jak by červí díra mohla fungovat. „Vstupem“ by byla černá díra. Místo, kde hmota z červí díry „vychází“, by přirozeně byla bílá díra. První polovina této konstrukce rozhodně existuje: Černé díry – hyperhusté objekty, o nichž se předpokládá, že se nacházejí ve středu mnoha galaxií, z nichž některé vznikly při kolapsu obřích hvězd – působí tak silnou gravitací, že z jejich spárů nemůže uniknout ani světlo. [Prezentace: 6 každodenních věcí, které se ve vesmíru dějí podivně]
Přestože černé díry nemůžeme vidět přímo, můžeme na jejich přítomnost usuzovat podle toho, jak ovlivňují okolní hmotu. Černé díry byly přistiženy při pohlcování hmoty, která se při víření do jejich chřtánu přehřívá, a mohou běžně bičovat hvězdy v centrech galaxií, kde supermasivní černé díry sídlí.
Neexistují však žádné pozorovací důkazy o tom, že by se bílé díry nebo hmota jinak zhmotňovala z konce čehokoli, natož z červí díry.
Možná je to tím, že je prostě nevidíme: Paul Davies, teoretický fyzik a kosmolog z Arizonské univerzity, se domnívá, že červí díry se mohou vyskytovat pouze na subatomárních škálách a trvat pouhé zlomky sekundy. „Červí díry dostatečně velké na to, aby jimi mohl projít člověk, by mohly vyžadovat nějakou novou formu fyziky,“ řekl Davies.
Drsná nájezdová rampa
I za předpokladu, že by příroda nějakým způsobem vytvořila červí díry vhodné velikosti pro člověka nebo loď, průchod jimi by zůstal náročný: „Síla“ potřebná k otevření průchodu časoprostorem, pokud víme, zahrnuje extrémní hustoty a energie, což jsou podmínky, které by pro každého, kdo by do červí díry vstoupil, znamenaly jistou smrt. [Může něco uniknout z černé díry?]
„Pokud vznik černé díry způsobí vznik červí díry, která se znovu spojí s naším nebo jiným vesmírem,“ řekl Hsu, „většina z nás by hádala, že hustoty, které jsou s tím spojené, nebudou prakticky použitelné pro někoho měkkého a růžového, jako jsme my dva.“
Inženýrství červích děr
Když pomineme tuto drobnost, dalším problémem červích děr je udržet je otevřené a stabilní. Mnoho druhů teoretických červích děr se rychle zhroutí nebo zakóduje jakékoliv částice, které se v nich nacházejí.
„Ke stabilizaci červí díry byste potřebovali nějaký velmi exotický typ hmoty,“ řekl Hsu, „a není jasné, zda taková hmota ve vesmíru existuje.“
Taková hmota by musela mít zápornou energii, která se v prostoru rozpíná, místo aby se smršťovala, jak to obvykle dělá hmota s vlastní gravitací. Jedním z takových kandidátských jevů je Casimirův jev, který byl asi před 15 lety ověřen v laboratoři.
Podle kvantové mechaniky je vesmírné vakuum prosyceno elektromagnetickými vlnami všech frekvencí. Umístěním dvou tenkých kovových destiček do vzdálenosti několika nanometrů od sebe se z mezery vyloučí delší vlny. Protože v mezeře není tolik vln jako v normálním prostoru, vzniká záporná hustota energie a desky se vzájemně přitahují.
Teoreticky by se Casimirův jev mohl při zesílení využít k manipulaci s červími dírami. Podle Hsua je však tento efekt velmi slabý a vnáší do něj nepředvídatelnost, která je vlastní kvantově mechanickým systémům, takže by se červí díra pravděpodobně v žádném případě nestabilizovala.
Další podivná položka známá jako temná energie, tajemná síla, o níž se předpokládá, že stojí za zrychlováním rozpínání vesmíru, naznačuje čerstvé fyzikální jevy, které ještě nebyly pochopeny. Teorie strun a další korekce obecné teorie relativity by ještě mohly změnit pravidla hry, ale podle Hsua není zdaleka jasné, jak by se některá z nich dala aplikovat na problém s červími dírami.
Celkově lze říci, že využití přirozených portálů červích děr nebo generování jejich podomácku vyrobených verzí, jako je vesmírný most ve filmu Hvězdná brána, je daleko za našimi možnostmi. „Potřebovali bychom nějakou super-super-pokročilou technologii,“ řekl Hsu. „Lidé to v blízké budoucnosti dělat nebudou.“
Hodnocení věrohodnosti: Dobře vyvinutá moderní a spekulativní fyzika existenci červích děr nezakazuje, ale jejich využití pro kosmické cestování by zřejmě vyžadovalo titánský technologický průlom. Červím dírám dáváme jednu známku ze čtyř možných Raketoplánů.
ORP Jaskółka, Rybitwa a Čajka, tedy tři polské minonosiče typu Kormoran II, budou vybaveny systémem protiminové obrany Głuptak. Jedná se o konstrukci vyvinutou na Gdaňské technické univerzitě, která je nyní na jedné z lodí NATO, píše WP Tech.
Gdaňská technická univerzita uvedla, že podepsala smlouvu na vybavení tří rozestavěných lodí systémem protiminové obrany. Tři systémy OPM Głuptak budou určeny pro minonosiče typu „Kormoran II“: ORP Jaskólka, Rybitwa a Čajka (kýl pro stavbu „Jaskólky“ byl položen v úterý a řezání desek „Rybitwy“ se očekává ještě letos).
Systém protiminové ochrany pro polská plavidla
Účelem systému OPM „Gluptak“ je identifikovat a neutralizovat nebezpečné předměty ve vodních nádržích, včetně těch, které leží na dně a také těch, které jsou pohřbeny v bahně nebo ukryty za terénními překážkami. Systém Plover může pracovat v hloubkách od 5 do 200 m. Pro zvýšení jeho operačního dosahu jej lze nainstalovat na dálkově ovládané podvodní plavidlo zvané Porpoise – rovněž vyvinuté na Technické univerzitě v Gdaňsku.
Univerzita vysvětlila, že systém protiminové obrany OPM „Glupak“ využívá pro své operace poddimenzované a dálkově ovládané plavidlo o délce asi 1,5 m ve tvaru torpéda. Je poháněno malými vrtulemi, pohybuje se pomocí elektromotorů a slouží k přepravě výbušné nálože, která ničí námořní minu. Protože se jedná o jednorázové plavidlo, je při takové operaci zničeno. Součástí systému jsou také výcviková vozidla, která lze použít k výcviku uživatelů. Kdykoli se však změnou velikosti a hmotnosti makety (makety ničivé nálože) na bojovou ničivou nálož může z vozidla cvičné verze stát vozidlo bojové verze.
Prorektor PG pro internacionalizaci a inovace, profesor Janusz Nieznański, citovaný v tiskové zprávě, vysvětlil, že plavidla, stejně jako celé systémy OPM Glupak, jsou již deset let vyvíjena a konstruována na Fakultě strojního inženýrství a stavby lodí a dodávána polskému námořnictvu Centrem bezpečnostních a obranných technologií Technologické univerzity v Gdaňsku.
Univerzita uvedla, že mobilní verze systémů OPM „Gluptak“ používá 12. minolovná eskadra Wolin ve Świnoujście (na lodích proj. 207P). V současné době je jeden systém instalovaný na ORP „Haňcza“ na šestiměsíční misi ve Stálém protiminovém týmu lodí NATO – skupina 1.
Na nových plavidlech budou systémy z PG integrovány se systémy Centra námořních technologií (OBR CTM) vyvinutými v Centru pro výzkum a vývoj (RDC) a namontovanými na lodi „Kormoran II“. SCOT Combat Management System.
Spolu s prototypovým plavidlem řady ORP Kormoran a sériovými plavidly ORP Albatros a ORP Mewa, která již slouží ve 13. minolovné eskadře v Gdyni, budou další plavidla součástí systému protiminové obrany polského námořnictva. Celkem šest plavidel projektu Kormoran II typu 258 se stane součástí 8. flotily pobřežní obrany.
USA našly na místech dopadu neidentifikovaných létajících objektů těla mimozemského původu. S takovým tvrzením přišel ve středu na půdě amerického Kongresu bývalý příslušník tajných služeb David Grusch, píše New York Post.Bývalý příslušník amerických tajných služeb David Grusch poodhalil světu tajné zprávy přímo z Pentagonu. Na středečním slyšení pod přísahou přiznal, že Američané našli na místech dopadu UFO těla mimozemského původu.
„Jak jsem již veřejně prohlásil v rozhovoru pro Newsnation, tyhle nálezy učinili biologové,“ dodal. Nalezená těla prý nepatřila lidem. „Byla jiného než lidského původu. Takový byl úsudek lidí s přímou znalostí programu, se kterými jsem mluvil,“ uvedl.
Nejde přitom o jedinou novou informaci, která z Pentagonu v poslední době unikla. Bývalý náměstek ministra obrany pro zpravodajské služby v Clintonově a Bushově administrativě Christopher Mellon přišel před nedávnem s tvrzením, že Spojené státy disponují mimozemskou technologií.
Officer David Grush declares under oath for the first time that the US government is in possession of UFOs and non-human bodies. pic.twitter.com/ltLk6caSQo
„Bylo mi řečeno, že jsme získali technologii, která nepochází z této Země, a to úředníky ministerstva obrany a bývalými zpravodajskými pracovníky,“ řekl Mellon, kterého citoval deník Daily Mail. Amerika tak podle něj má „mimozemskou technologii získanou z programu někoho jiného“. Vládní úředníci jeho tvrzení ale zpochybňují. V dubnu řekl Sean Kirkpatrick z úřadu amerického ministerstva obrany pro sledování a analyzování zpráv o neidentifikovaných objektech (AARO), že „zatím neexistují žádné věrohodné důkazy o mimozemské aktivitě nebo mimozemské technologii“.
AARO ale podle Mellona není věrohodným zdrojem. Informace by prý na pravou míru měl uvést Kongres. Na jeho středečním zasedání měli podle deníku The New York Times svědectví podat i další dva muži, a to veterán amerického námořnictva David Fravor a poručík Ryan Graves. Jejich letky zachytily UFO v roce 2004 a 2015.
„Myslím, že cílem a příležitostí je, aby americký lid lépe pochopil, proč tolik lidí v Kongresu ve skutečnosti bere vážně myšlenku, že existují UFO, UAP [neidentifikované vzdušné jevy], které narušují vzdušný prostor USA, a s tím spojené fámy, obvinění, že můžeme mít mimozemskou technologii získanou z vesmírného programu někoho jiného,“ řekl Mellon.
Mellon, který v roce 2017 předal New York Times video tří UFO, dodal, že věří Gruschovým tvrzením, že USA s pomocí zahraničních vůdců získaly vesmírné lodě z celého světa.
Grusch, 36, veterán letectva a bývalý zpravodajský důstojník, minulý měsíc tvrdil, že jeden z talířů, které si američtí představitelé v průběhu desetiletí obstarali, pocházel od italského diktátora z druhé světové války Benita Mussoliniho na základě tipu od papeže Pia XII.
„Devatenáct set třicet tři bylo prvním oživením v Evropě, v italské Magentě,“ řekl NewsNation. „Získali částečně neporušené plavidlo a italská vláda ho přesunula na zabezpečenou leteckou základnu v Itálii až kolem roku 1944, 1945.
„Papež to nasměroval zpět a řekl Američanům, co měli Italové a nakonec jsme to sebrali,“ řekl Grusch o údajné poválečné misi. Grusch je připraven promluvit a poskytnout další vysvětlení sněmovnímu kontrolnímu výboru ve středečním šetření.
Doplnil ho Ryan Graves, bývalý pilot námořnictva a výkonný ředitel asociace Američané pro bezpečný letecký průmysl a David Fravor, bývalý velící důstojník Letky Černých es u amerického námořnictva.
Tvrzení, že USA získaly mimozemská UFO, byla oficiálně zpochybněna vládními nadřízenými, kteří tvrdí, že neexistuje žádný důkaz, že by Amerika kdy získala nepozemskou technologii. Dr. Sean M. Kirkpatrick, ředitel úřadu pro řešení anomálií ve všech doménách, dříve svědčil Kongresu, že „dosud neexistují žádné věrohodné důkazy o mimozemské aktivitě“ nebo „technologii mimo svět“.
Mellon s ním nesouhlasil a řekl, že úkolem dozorčího výboru Sněmovny je vypořádat se s protichůdnými svědectvími mezi Kirkpatrickem a Gruschem.
„Kongres je uprostřed a musí to vyřešit,“ řekl Mellon o nadcházejícím slyšení.
Ve snaze vrátit nadzvukovou leteckou dopravu by se do vzduchu mohlo brzy vznést experimentální letadlo, které by mohlo dokázat utlumit tzv. sonický třesk a být tak velmi tiché, jeho vývojem se zabývá americká společnost Skunk Works, píše Popular Mechanics.
Letoun X-59 NASA prochází pozemními testy, aby se zajistilo, že je bezpečný pro létání. Letadlo využívá nové technologie, které umožňují letět rychleji než Mach 1 a zároveň snižují hluk hlasitého sonického třesku.
„Inovativní letoun jsme přesunuli do pojížděcí kabiny na letové lince pro další pozemní testy, včetně testování vibrací,“ napsal dodavatel Lockheed Martin v oznámení. „Jeho cílem je ztišit sonický třesk a je o krok blíže k utváření budoucnosti nadzvukové komerční letecké dopravy.“
Sonický versus zvukový třesk
Sonický třesk – hlasitý zvuk způsobený rázovými vlnami, které vznikají, když letadlo překročí rychlost zvuku – je jednou z největších překážek nadzvukového letu. Tento třesk je slyšet a cítit na zemi a způsobuje nepříjemnosti.
X-59 QueSST (Quiet SuperSonic Technology) je experimentální letoun, který dokáže letět rychleji než zvuk, aniž by vytvářel skutečný sonický třesk. Místo toho vytváří zvukový třesk – mnohem tišší a jemnější zvuk, který je na zemi sotva znatelný.
X-59 má jedinečný tvar a prvky, které snižují jeho zvukovou stopu, jako je dlouhý a štíhlý trup, delta křídlo s křidélky, T-ocas a obrácený V-ocas. Je poháněn jedním motorem General Electric F414 s přídavným spalováním, který mu umožňuje dosáhnout rychlosti až 1,42 Machu ve výšce 55 000 stop. Letoun může nést jednoho pilota v kokpitu vybaveném systémem vnějšího vidění, který poskytuje syntetický pohled na vnější svět prostřednictvím kamer a obrazovek.
NASA nedávno předvedla snímky letounu X-59 na letové lince v Lockheed Martin Skunk Works v Palmdale v Kalifornii.
„Přesun ze staveniště na letovou linku je jedním z mnoha milníků, které připravují X-59 na jeho první a další lety,“ uvedla NASA v tiskové zprávě. „Dále tým provede významné pozemní zkoušky, aby zajistil, že letoun bude bezpečný pro let.“
X-59 je pokusem o oživení éry nadzvukových dopravních letadel, která skončila v roce 2003, kdy byl ukončen provoz Concordu. Concorde měl charakteristický tvar delta křídla a kapkovitou příď, která zlepšovala jeho aerodynamiku a viditelnost při přistání. Byl poháněn čtyřmi proudovými motory s přídavným spalováním, které mu umožňovaly dosáhnout rychlosti až 2,04 Machu ve výšce 18 300 metrů a mohl přepravovat až 128 cestujících.
Concorde upadl v nemilost poté, co čelil konkurenci jiných leteckých společností, které nabízely levnější a častější lety podzvukovými proudovými letadly. Poptávka po nadzvukových letech klesla v 80. a 90. letech 20. století v důsledku hospodářské recese, obav o životní prostředí, bezpečnostních otázek a měnících se preferencí spotřebitelů.
Pověst Concordu byla také pošramocena několika incidenty, které vyvolaly otázky ohledně jeho bezpečnosti a spolehlivosti. K nejtragičtější nehodě došlo 25. července 2000, kdy let 4590 společnosti Air France havaroval krátce po startu z pařížského letiště Charlese de Gaulla a zahynulo všech 109 osob na palubě a čtyři lidé na zemi.
Doufejme, že letoun X-59 nejenže zabrání podobným nehodám, ale také zahájí nový svět ultrarychlého cestování.
Warning: Undefined array key "sssp-ad-overlay-priority" in /data/web/virtuals/326454/virtual/www/wp-content/plugins/seznam-ads/includes/class-seznam-ssp-automatic-insert.php on line 276