August 17th, 2020

«Устройства-киборги» будут следить за состоянием здоровья человека



Ученые из Американского химического общества представили концепт «устройства-киборга», которое может безболезненно встраиваться в различные структуры организма человека. Оно контролирует состояние здоровья и следит за развитием болезней.

Ученые объяснили, что такие устройства могут отслеживать состояние здоровья пользователя — например, развитие опухоли или процесс восстановления поврежденных тканей. Но подключение электроники к тканям в организме — большая проблема. Пациенты могут испытывать дискомфорт, а организм — отторгать сторонние медицинские устройства.

Чтобы решить эту задачу, исследователи отказались от традиционных микроэлектронных материалов — кремния, золота, нержавеющей стали и иридия. Они начали изучать свойства органических электронных материалов, таких как конъюгированные полимеры, которые используются в небиологических устройствах. Так они нашли химически стабильный пример, который обычно используется в качестве антистатического покрытия для электронных дисплеев. После тестирования исследователи обнаружили, что полимер PEDOT обладает свойствами, необходимыми для соединения аппаратуры и человеческих тканей.

В случае этих материалов полимеры электрически и ионно активны. Поэтому сопротивление ионов дает необходимый заряд для их работы. Материал значительно улучшил работу медицинских имплантатов, увеличив качество сигнала и срок службы батарей.

С помощью нового материала команда уже создала пленку, которая стимулирует рост кровеносных сосудов после травмы. Это устройство также можно адаптировать и использовать как датчик для обнаружения чрезмерной экспрессии рецепторов VEGF (факторы роста эндотелии сосудов), определяя заболевания на ранней стадии.

promo luckyea77 june 19, 23:05 11
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…

Фотодетектор из черного кремния показал «невозможное» рекордное КПД в 132%



Ученые из Финляндии придумали, как одной частицей света выбить из фотогальванического материала больше одного электрона. Это, казалось бы, невозможное достижение стало реальным благодаря уникальной структуре черного кремния. Открытие может применяться в производстве солнечных элементов и других фотодетекторов.

В теории, если у гипотетического фотогальванического устройства внешняя квантовая эффективность равна 100%, это значит, что каждый фотон, попадающий на него, вырабатывает один электрон, который превращается в электричество.

Ученые из Университета Аальто создали фотодетектор, КПД которого превосходит 100% — с каждого фотона он получает в среднем 1,32 электрона. Создан он из черного кремния, активного материала, абсорбирующего ультрафиолетовый свет благодаря своей наноструктуре из колонн и конусов.

Казалось бы, такое невозможно, ведь законы физики утверждают, что энергия не может взяться из ниоткуда. Ответ в устройстве фотогальванических материалов. Когда фотон света сталкивается с активным материалом — обычно с кремнием — он выбивает электрон в одном из его атомов. Но в определенных обстоятельствах один высокоэнергетический фотон может выбить два электрона, не нарушая никаких правил.

Производительность обычных фотогальванических материалов снижается по ряду причин, например, потому что фотоны отражаются от устройства или электроны рекомбинируются с дырками, которые они оставляют в атомах, и не попадают в цепь.

Но команда финских ученых по большей части справилась с этими трудностями. Черный кремний абсорбирует намного больше фотонов, чем другие материалы, а конус и колонны его структуры сокращают рекомбинацию электронов на поверхности, пишет New Atlas.

Производительность устройства была подтверждена независимой коллегией ученых из Физико-технического федерального института Германии. Технология позволяет улучшить КПД практически любого фотодетектора, в том числе, солнечных элементов или других фотосенсоров. Коммерческое производство рекордных фотодетекторов уже началось.

Ученые достигли рекордного преобразования солнечной энергии в топливо



Исследователи из Израиля достигли рекордной эффективности преобразования солнечной энергии в топливо. Теперь они хотят внедрить в процесс механизм, похожий на фотосинтез, чтобы добиться еще более качественных результатов.


Группа ученых из Израильского технологического института разработала фотокатализатор, который может расщеплять воду на водородное топливо. Они рассказали, что использовали стержнеобразные наночастицы, которые, при помощи света, генерировали положительный и отрицательный электрические заряды. В процессе молекулы воды ломаются: отрицательные заряды производят водород, а положительные — кислород. При этом реакции, включающие положительный и отрицательный заряды, должны происходить одновременно.

Если положительные и отрицательные заряды, которые притягиваются друг к другу, удается рекомбинировать, они взаимно аннулируют друг друга, и энергия теряется. Поэтому, чтобы убедиться, что заряды достаточно далеко друг от друга, команда создала уникальные гетероструктуры, состоящие из комбинации различных полупроводников. Используя модельную систему, они отдельно изучили реакции восстановления и окисления и изменили гетероструктуру для оптимизации производства топлива.

«В итоге мы получили фотокаталитическую систему, использующую солнечный свет для управления химическими реакциями. Такие модели будут иметь большое значение для сохранения окружающей среды»
из текста исследователей Израильского технологического института


Эта же команда в 2016 году представила гетероструктуру, где частица селенида камния притягивала положительные заряды, в то время как отрицательные заряды накапливались на наконечнике. Регулируя размер квантовой точки и длину стержня, а также другие параметры, исследователи добились стопроцентного преобразования солнечного света в водород. Одна наночастица фотокатализатора производила около 360 тыс. молекул водорода в час.

В США завершена разработка саранчи-киборгов. Пока для поиска взрывчатки



Шаг за шагом ученые из США разбираются, как сделать так, чтобы саранча с вживленными электродами могла определить по запаху взрывчатку, найти источник запаха и сообщить об этом человеку. Новое исследование доказывает: эти насекомые могут быстро и точно отличать тротил от динитротолуола.

Если бы кому-нибудь пришло в голову сделать киборга-саранчу для поиска взрывчатки, ему пришлось бы найти ответ на несколько вопросов: возможно ли управлять движением саранчи? Можно ли научиться читать ее мысли, ведь говорить это насекомое не умеет? И, наконец, умеет ли она вообще определять взрывчатку по запаху?

Ответы на два первых вопроса уже дали ученые из США. Они продемонстрировали возможность управления саранчой и придумали способ как понять, какой запах она ощущает. А теперь, благодаря исследованию специалистов из Вашингтонского университета, сложился и последний кусочек паззла, пишет Science Daily.

Ученым удалось взломать обонятельную систему саранчи, чтобы понять, как насекомые распознают различные запахи и, в частности, запахи взрывчатых веществ. Также они оптимизировали созданную ранее для биороботов систему восприятия, которая способна передать эту информацию людям.

Оказалось, что нейроны в мозге саранчи по-разному реагируют на тротил и динитротолуол, а также на другие пары химических веществ.

Далее ученые разобрались, как отличается реакция мозга саранчи на запах в различной концентрации. Это позволило им настроить систему определения точного положения источника запаха.

А для того чтобы сохранить стабильное состояние насекомых во время изучения их мозговой активности, они разработали хирургическую процедуру по присоединению электродов, не мешающих движению саранчи. Теперь разработчики готовы имплантировать электроды и испытать киборгов в полевых условиях.


Российские ученые создали новый тип материалов: его используют для энергетики будущего



Екатеринбургские ученые из Уральского федерального университета им. первого президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ) совместно с коллегами из Индии создали первый в мире метод промышленного синтеза высокостабильных перовскитов. Результаты опубликованы в журнале Materials Science in Semiconductor Processing.

Перовскиты — класс минералов с псевдокубической кристаллической структурой. Начиная с 2012 года, перовскиты активно исследуют, как крайне перспективный материал для многих областей, в том числе для солнечной энергетики. Сегодня КПД перовскитных элементов составляет уже около 25%, что сопоставимо с полупроводниками. Кроме того, их можно размещать на любых гибких основах — от листа бумаги до одежды.

Сегодня КПД перовскитных элементов составляет уже около 25%, что сопоставимо с полупроводниками, причем технология их изготовления значительно проще. Кроме того, они могут быть размещены на любых гибких основах — от листа бумаги до одежды.

Однако практическое применение перовскитов до сих пор ограничено, так как существующие методы производства не обеспечивают необходимой стабильности материала. При комнатной температуре перовскитные пленки деградируют в течение нескольких часов.

Как объясняют ученые, их способ производства перовскитов очень прост и не требует большого времени. Разработанная специалистами УрФУ и Института науки и технологий Сатьябамы (Индия) порошковая форма перовскитов показала высокую стабильность, достаточную для технического использования. Свойства материала, по словам ученых, не изменились в течение года наблюдений.

Фактически мы первые, кто нашел способ крупномасштабного производства перовскитов. Повышение стабильности вещества обеспечивается за счет высокой кристалличности и уменьшения границ зерен. Это открывает большие возможности для полноценного применения таких материалов в будущем.
Ражеш Кумар Манавалан, автор исследования, научный сотрудник кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ


В будущем планируется совершенствовать технологию для коммерческой реализации.