Рубрика: Технології

Інженери з Пекінського інноваційного центру людиноподібних роботів представили робота-гуманоїда загального призначення Tiangong. Він здатний пересуватися зі швидкістю шість кілометрів на годину, долати різні перешкоди та підніматися сходами.

Як повідомило  видання New Atlas з посиланням на китайські джерела, зростання Tiangong становить 163 сантиметри, а маса — 43 кілограми.

Руки робота мають три ступені свободи, суглоби ніг – шість. Tiangong оснащений обчислювальним блоком з продуктивністю 550 трлн операцій в секунду.

Нова конструкція перетворювача електричної енергії, розроблена Університетом Кобе, забезпечує значно підвищену ефективність за меншої вартості та меншого обслуговування. Цей підвищувальний перетворювач напруги постійного струму має істотно вплинути на розвиток електричних і електронних компонентів у різних секторах, включаючи виробництво електроенергії, охорону здоров’я, мобільність та інформаційні технології.

Пристрої, які збирають енергію від сонячного світла чи вібрації, або живлять медичні пристрої чи автомобілі, що працюють на водневому паливі, мають один спільний ключовий компонент. Цей так званий «підвищувальний перетворювач» перетворює вхідний постійний струм низької напруги у вихідний постійний струм високої напруги. Оскільки це такий всюдисущий і ключовий компонент, бажано, щоб він використовував якомога менше деталей для зниження технічного обслуговування та витрат і в той самий час, щоб він працював з найвищою можливою ефективністю, не виробляючи електромагнітного шуму або тепла. Основний принцип роботи підвищувальних перетворювачів полягає в швидкому перемиканні між двома станами в ланцюзі, один, який накопичує енергію, а інший, який її вивільняє. Чим швидше відбувається перемикання, тим меншими можуть бути компоненти, а отже, можна зменшити розміри всього пристрою. Однак це також збільшує електромагнітний шум і виробництво тепла, що погіршує продуктивність перетворювача електроенергії.

Команда дослідника силової електроніки Університету Кобе Мішіми Томокадзу досягла значного прогресу в розробці нової схеми перетворення електроенергії постійного струму. Їм вдалося поєднати високочастотне перемикання (приблизно в 10 разів вище, ніж раніше) з технікою, яка зменшує електромагнітний шум і втрати потужності через розсіювання тепла, що називається «м’яким перемиканням», одночасно зменшуючи кількість компонентів і, отже, зберігаючи вартість і низька складність.

«Коли схема переходить між двома станами, є короткий період, коли перемикач не повністю замкнутий, і в цей момент на перемикачі є і напруга, і струм. Це означає, що протягом цього часу перемикач діє як резистор і таким чином розсіює тепло. Чим частіше змінюється стан перемикача, тим більше відбувається це розсіювання. М’яке перемикання — це техніка, яка гарантує, що перемикання відбувається за нульової напруги, таким чином мінімізуючи втрати тепла», — пояснює доктор Місіма. Традиційно це досягалося за допомогою «демпферів», компонентів, які пропонують альтернативні поглиначі енергії протягом перехідного періоду, що згодом призводить до втрат енергії.

Публікація та розробка прототипу

Команда Університету Кобе представила свій новий дизайн схеми та її оцінку в журналі IEEE Transactions on Power Electronics. Ключем до їх досягнення є використання контурів «резонансного бака», які можуть накопичувати енергію під час періоду перемикання і, отже, мають набагато менші втрати. Крім того, вони використовують конструкцію з економією компонентів із плоскими компонентами, надрукованими на друкованій платі, що називається «площинним трансформатором», який є дуже компактним і має як хороший ККД, так і теплові характеристики.

Місіма та його колеги також створили прототип схеми та виміряли її продуктивність. «Ми підтвердили, що наша безамортизаційна конструкція має значно знижений електромагнітний шум і високу енергоефективність до 91,3 відсотка, що є безпрецедентним для приводу МГц з високим коефіцієнтом перетворення напруги. Це співвідношення також більш ніж у 1,5 раза вище, ніж в існуючих дизайнах». Однак вони хочуть ще більше підвищити ефективність за рахунок зменшення розсіюваної потужності використовуваних магнітних компонентів.

Враховуючи, наскільки електричні пристрої поширені в нашому суспільстві, високоефективна та малошумна робота джерел живлення постійного струму з високим коефіцієнтом множення напруги є надзвичайно важливою. Ця розробка Університету Кобе матиме велике значення для застосування в електроенергетиці, відновлюваних джерелах енергії, транспорті, інформації та телекомунікаціях та медичному обслуговуванні. Місіма пояснює свої подальші плани, кажучи: «Поточна розробка — це прототип малої потужності класу 100 Вт, але ми прагнемо збільшити потужність до більшої потужності класу кВт у майбутньому шляхом вдосконалення електронної плати та інших компонентів.»

Дослідники з університетів Мельбурна та Манчестера винайшли революційну технологію виробництва високоочищеного кремнію, яка значно наближає потужні квантові комп’ютери. Дослідники кажуть, що нова техніка створення надчистого кремнію робить його ідеальним матеріалом для створення квантових комп’ютерів у масштабі та з високою точністю.

Посилення квантової когерентності

Співкерівник проекту, професор Девід Джеймісон з Університету Мельбурна, сказав, що інновація, опублікована сьогодні (7 травня 2024 р.) у Communication Mater ials, журнал Nature, використовує кубіти атомів фосфору, імплантовані в кристали чистого стабільного кремнію, і може подолати критичний бар’єр для квантових обчислень через збільшення тривалості сумнозвісно крихкої квантової когерентності .

«Крихка квантова когерентність означає, що обчислювальні помилки швидко накопичуються. Завдяки надійній когерентності, що забезпечується нашою новою технікою, квантові комп’ютери можуть вирішити за години чи хвилини деякі проблеми, на які звичайним або «класичним» комп’ютерам – навіть суперкомп’ютерам – знадобляться століття», – сказав професор Джеймісон.

Квантові біти або кубіти – будівельні блоки квантових комп’ютерів – чутливі до незначних змін у своєму середовищі, включаючи коливання температури. Навіть при роботі в спокійних холодильниках поблизу абсолютного нуля (мінус 273 градуси за Цельсієм ) сучасні квантові комп’ютери можуть підтримувати безпомилкову когерентність лише на крихітну частку секунди.

Співкерівник Університету Манчестера, професор Річард Каррі, сказав, що ультрачистий кремній дозволяє створювати високопродуктивні кубітні пристрої – критично важливий компонент, необхідний для прокладання шляху до масштабованих квантових комп’ютерів.

«Нам вдалося створити критичну «цеглинку», необхідну для побудови кремнієвого квантового комп’ютера. Це важливий крок до створення технології, яка має потенціал трансформації для людства», — сказав професор Каррі.

Роль кремнію в квантових технологіях

Провідний автор Раві Ачарія, спільний науковий співробітник Університету Манчестера та Університету Куксона Мельбурна, сказав, що велика перевага квантових обчислень на кремнієвих чіпах полягає в тому, що вони використовують ті самі основні методи, які створюють чіпи, які використовуються в сучасних комп’ютерах.

«Електронні чіпи, які зараз є в повсякденному комп’ютері, складаються з мільярдів транзисторів — їх також можна використовувати для створення кубітів для квантових пристроїв на основі кремнію. Здатність створювати високоякісні кремнієві кубіти на сьогодні частково обмежувалася чистотою вихідного кремнієвого матеріалу. Революційна чистота, яку ми демонструємо тут, вирішує цю проблему».

Професор Джеймісон сказав, що нові високоочищені кремнієві комп’ютерні чіпи вміщують і захищають кубіти, щоб вони могли підтримувати квантову когерентність набагато довше, що дозволяє виконувати складні обчислення зі значно меншою потребою у виправленні помилок.

«Наша техніка відкриває шлях до надійних квантових комп’ютерів, які обіцяють поступові зміни в усьому суспільстві, зокрема у сфері штучного інтелекту, безпечних даних і зв’язку, розробки вакцин і ліків, використання енергії, логістики та виробництва», — сказав він.

Кремній, виготовлений із пляжного піску, є ключовим матеріалом для сучасної індустрії інформаційних технологій, оскільки він є поширеним і універсальним напівпровідником : він може діяти як провідник або ізолятор електричного струму, залежно від того, які інші хімічні елементи до нього додано.

Очищення кремнію для квантових обчислень

«Проблема полягає в тому, що в той час, як кремній, що зустрічається в природі, переважно є бажаним ізотопом кремнію-28, кремній-29 також містить приблизно 4,5 відсотка. «Кремній-29 має додатковий нейтрон у ядрі кожного атома, який діє як крихітний шахрайський магніт, руйнуючи квантову когерентність і створюючи обчислювальні помилки», — сказав він.

Дослідники направили сфокусований високошвидкісний промінь чистого кремнію-28 на кремнієвий чіп, щоб кремній-28 поступово замінив атоми кремнію-29 у чіпі, зменшивши вміст кремнію-29 з 4,5 відсотка до двох частин на мільйон (0,0002 відсотка). ).

«Чудова новина полягає в тому, щоб очистити кремній до такого рівня, тепер ми можемо використовувати стандартну машину – іонний імплантатор – який можна знайти в будь-якій лабораторії виготовлення напівпровідників, налаштований на конкретну конфігурацію, яку ми розробили», – сказав професор Джеймісон.

У Японії протестували зв’язок 6G, і вона продемонструвала швидкість передачі даних, що в 10 разів перевищує пікову швидкість у мережі 5G, — 100 Гбіт/с. В експерименті брав участь прототип бездротового пристрою.

Пікова швидкість у мережі 5G становить 10 Гбіт/с, але для того, щоб її досягти, потрібне найпотужніше обладнання. Якщо ж порівнювати пікову швидкість у мережі 6G та швидкість у типових абонентських пристроях 5G (тих самих смартфонах), то тут різниця вже в 500 разів. Наочний приклад швидкості мережі 6G: вона дозволить за одну секунду завантажити 8-9 двогодинних фільмів розміром близько 1,5 ГБ кожен.

Наскільки потрібна звичайним користувачам така висока швидкість передачі даних — питання відкрите, але 6G активно використовуватиметься в системах автономного керування транспортними засобами, телемедичній та інших сферах, де потрібно в режимі реального часу передавати великі обсяги даних.

Дослідники з провідних американських інститутів презентували нову архітектуру нейронної мережі Kolmogorov-Arnold Networks (KAN). Вона стала альтернативою багатошаровим перцептронам (MLP) — принципом, розробленим ще 1957 року.

На відміну від перцептрону (MLP), що представляє спрощену модель біологічної нейронної мережі, де центр поставлена ​​математична модель сприйняття інформації мозком, KAN заснована на глибоких математичних принципах. А саме – на апроксимаційній теоремі радянських математиків А. Н. Колмогорова та В. І. Арнольда, або теоремі суперпозиції.

Дослідники зазначили, що KAN, на відміну від MLP, може обробляти нову інформацію без катастрофічного забування. Модель постійно перебуває в актуальному стані, не покладаючись на будь-яку базу даних чи перенавчання.

KAN видає відповіді набагато краще і точніше звичних моделей, проте його навчання вимагає великих обчислювальних потужностей. Нова архітектура може відкрити можливості для подальшого вдосконалення глибокого навчання ШІ.

Команда дослідників з наукового інституту NanoSystems при Каліфорнійському університеті Лос-Анджелеса розробила пристрій, який знижує відблиски на зображеннях. Розробка в якій застосовується технологія двовимірного напівпровідника, може використовувати навколишнє світло як передовий «розумний фільтр». Розробники стверджують, що їхній фільтр допомагає значно підвищити якість фотографій у недорогих камер.

Створений пристрій розміром 0,4×0,4 дюйма (1×1 сантиметр) оснащений ультратонким прозорим чіпом завтовшки всього кілька атомів, в якому міститься масив пікселів розміром 100Х100.

«Недорогий пристрій розміром у пару сантиметрів міг би змусити малопотужну камеру працювати як камера надвисокої роздільної здатності. Це значно здешевило б доступ до технологій зображення та сканування з високою роздільною здатністю», — коментує Айдоган Озджан (Aydogan Ozcan), професор електротехніки та комп’ютерної інженерії Каліфорнійського університету Лос-Анджелеса та співавтор дослідження. Подробиці дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.

Команда дослідників прагнула знайти матеріал із мінімальним світлопоглинанням, але при цьому здатний генерувати сигнал, достатній для обробки світла. Об’єкт дослідження є прозорою площиною розміром один квадратний сантиметр. У ньому використовується двомірний напівпровідник, який є тонкою плівкою товщиною в кілька атомів. Через свою тонкість матеріал прозорий, але тим не менш володіє властивостями, що дозволяють фотонам, що проходять через нього, ефективно контролювати електропровідність. Для функціонування напівпровідника 2D його підключили за допомогою електродів до шару рідкого кристала. Кінцевим продуктом виявився інтелектуальний світлофільтр з роздільною здатністю 10 000 пікселів, який може швидко та вибірково затемнюватися нелінійним чином у відповідь на широкосмугове навколишнє освітлення.

За словами команди, кожен піксель у складі фільтра може переходити від повної прозорості до часткової прозорості та повної непрозорості. Примітно, що для різкої зміни стану потрібна мінімальна кількість фотонів. Дослідники продемонстрували роботу свого винаходу із камерою смартфона, де він ефективно зменшив відблиски на зображеннях.

Крім зниження відблисків фотокамер технологія має широкий потенціал застосування у споживчих та промислових завданнях. Наприклад, вона може використовуватися в розвинених системах автономного розпізнавання транспортних засобів і в камерах, які можуть ідентифікувати одні об’єкти, приховуючи інші, в шифруванні зображень, а також для швидкого і точного виявлення дефектів роботизованих складальних лініях.

Як зазначають дослідники, подібний фільтр має безліч переваг. Наприклад, він дозволяє обробляти вхідні зображення без необхідності їх перетворення на цифровий сигнал, тим самим прискорюючи отримання результатів та мінімізуючи дані, що надсилаються в хмару для цифрової обробки та зберігання.

Розробники очікують, що їхня технологія в перспективі використовуватиметься в недорогих камерах. Крім того, вона може сприяти розвитку оптичних комп’ютерів. Однією з ключових проблем останніх була складність отримання нелінійних відгуків, що мають вирішальне значення для генерації сигналів, які не суворо пропорційні вхідному сигналу. Нелінійність, у свою чергу, має вирішальне значення для створення універсальних обчислювальних систем, включаючи штучний інтелект.

Нелінійні матеріали та пристрої, що знаходяться в розробці, вимагають значного припливу світла для ефективної роботи. Для задоволення цієї потреби доводиться покладатися потужні лазери, обмежені вузькою смугою електромагнітного спектра. В якості альтернативи можна використовувати матеріали з низькою швидкістю поглинання світла, але це призводить до зниження швидкості обробки. Крім того, це вимагає застосування енергоефективних матеріалів, здатних поглинати значну кількість світла, але не придатних для завдань, у яких пріоритет надається світлоефективності чи прозорості.

Дослідження фахівців Каліфорнійського університету показало, що крихітний масив прозорих пікселів може генерувати швидку, широкомасштабну та нелінійну реакцію на малопотужне навколишнє світло. «Актуальні рішення у нелінійній оптиці сильно відстають від того, що нам потрібно для додатків візуальних обчислень. А нам потрібні малопотужні, широкосмугові, з низькими втратами та швидкі нелінійності для оптичних систем. Наша розробка допомагає вирішити це питання», — додав Озджан.