Рубрика: Технології

Компанія Elia опублікувала відеоролик будівництва першого штучного енергетичного острова Принцеси Єлизавети, який стане інноваційною електричною мережею в морі, що з’єднує вітряні морські електростанції з материковою частиною Бельгії.

Острів Принцеси Єлизавети отримуватиме електроенергію від вітряних турбін кабелями, а потім перетворюватиме її на високовольтну електроенергію і розподілятиме її по материковій частині Бельгії та іншим європейським країнам.

Будівництво штучного острова розпочалося у березні 2024 року і має завершитись у серпні 2026 року.

Незважаючи на кращі окремі компоненти, роботи відстають від тварин у загальній продуктивності, що свідчить про те, що в майбутньому ми зосередимося на кращій системній інтеграції та контролі в робототехніці.

Інженери-робототехніки працювали десятиліттями та інвестували багато мільйонів доларів у спроби створити робота, який може ходити чи бігати так само добре, як тварина. І все ж таки залишається те, що багато тварин здатні на подвиги, які були б неможливі для існуючих сьогодні роботів.

«Антилопа гну може мігрувати на тисячі кілометрів по пересіченій місцевості, гірський козел може піднятися буквально на скелю, знаходячи опори, яких начебто навіть немає, а таргани можуть втратити ногу і не сповільнитися», — говорить доктор. Макс Донелан, професор кафедри біомедичної фізіології та кінезіології університету Саймона Фрейзера. «У нас немає роботів, здатних на таку витривалість, спритність і міцність».

Порівняння роботів із тваринами

Щоб зрозуміти, чому та кількісно визначити, чому роботи відстають від тварин, міждисциплінарна група вчених та інженерів із провідних дослідницьких університетів завершила детальне дослідження різних аспектів бігу роботів, порівнюючи їх з їхніми еквівалентами у тварин, для статті, опублікованої в Science Robotics. . У документі встановлено, що за показниками, які використовують інженери, біологічні компоненти працюють напрочуд погано порівняно з виготовленими деталями. Однак тварини перевершують свою інтеграцію та контроль над цими компонентами.

Разом із Донеланом команда складалася з докторів. Сем Берден, доцент кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії Вашингтонського університету ; Том Ліббі, старший інженер-дослідник SRI International; Каушік Джаярам, ​​доцент кафедри машинобудування Пола М. Раді в Університеті Колорадо Боулдер; і Саймон Спонберг, ад’юнкт-професор фізики та біологічних наук у Технологічному інституті Джорджії.

Дослідники вивчали одну з п’яти різних «підсистем», які об’єднуються для створення робота, що біжить, — Power, Frame, Actuation, Sensing і Control — і порівнювали їх з їхніми біологічними еквівалентами. Раніше вважалося, що перевага тварин над роботами має бути зумовлена ​​перевагою біологічних компонентів.

«Так склалося, що, за незначними винятками, інженерні підсистеми перевершують біологічні еквіваленти, а іноді й радикально перевершують їх», — каже Ліббі. «Але також дуже, дуже ясно, що якщо порівняти тварин із роботами на рівні всієї системи, з точки зору руху, тварини дивовижні. А роботам ще належить наздогнати».

Уявлення про розвиток робототехніки

Більш оптимістично щодо галузі робототехніки дослідники відзначили, що якщо порівняти відносно короткий час, який робототехніці знадобилося для розвитку своєї технології, з незліченними поколіннями тварин, які еволюціонували протягом багатьох мільйонів років, прогрес насправді був надзвичайно швидким. .

«Це рухатиметься швидше, оскільки еволюція не спрямована», — каже Берден. «У той час, як ми можемо значною мірою виправити те, як ми проектуємо роботів і навчитися чогось в одному роботі та завантажити це в кожного іншого робота, біологія не має такої можливості. Отже, є способи, за допомогою яких ми можемо рухатися набагато швидше, коли ми створюємо роботів, ніж ми можемо через еволюцію, – але еволюція має величезну перевагу».

Більш ніж просто інженерний виклик, ефективні бігові роботи пропонують незліченну кількість потенційних застосувань. Ця технологія має багато потенційних застосувань для вирішення завдань доставки «останньої милі» у світі, створеному для людей, який часто важко орієнтуватися для колісних роботів, проведення пошуків у небезпечних середовищах або обробки небезпечних матеріалів.

Майбутні напрямки в робототехніці

Дослідники сподіваються, що це дослідження допоможе спрямувати майбутній розвиток технології роботів, з акцентом не на створенні кращого апаратного забезпечення, а на розумінні того, як краще інтегрувати та контролювати існуюче обладнання. Донелан робить висновок: «Оскільки техніка вивчає принципи інтеграції з біології, бігові роботи стануть такими ж ефективними, гнучкими та міцними, як і їхні біологічні аналоги».

Дослідники вперше створили, зберегли та отримали квантову інформацію, що є критичним кроком у квантових мережах. Здатність обмінюватися квантовою інформацією має вирішальне значення для розробки квантових мереж для розподілених обчислень і безпечного зв’язку. Квантові обчислення будуть корисні для вирішення деяких важливих типів проблем, таких як оптимізація фінансових ризиків, дешифрування даних, конструювання молекул і вивчення властивостей матеріалів.

«Поєднання двох ключових пристроїв є важливим кроком вперед у створенні квантових мереж, і ми дуже раді бути першою командою, яка змогла це продемонструвати». — Доктор Сара Томас

Однак цей розвиток гальмується, оскільки квантова інформація може бути втрачена при передачі на великі відстані. Один зі способів подолання цього бар’єру — розділити мережу на менші сегменти та з’єднати їх усіх зі спільним квантовим станом.

Для цього потрібен засіб для зберігання квантової інформації та отримання її знову: тобто пристрій квантової пам’яті. Це має «розмовляти» з іншим пристроєм, який у першу чергу дозволяє створювати квантову інформацію.

Дослідники вперше створили таку систему, яка поєднує ці два ключові компоненти та використовує звичайні оптичні волокна для передачі квантових даних. Цього досягнення досягли дослідники з Імперського коледжу Лондона, Університету Саутгемптона та університетів Штутгарта та Вюрцбурга в Німеччині, результати опубліковані в Science Advances.

Співавтор д-р Сара Томас з фізичного факультету Імперського коледжу Лондона сказала: «Поєднання двох ключових пристроїв є важливим кроком вперед у створенні квантових мереж, і ми дуже раді бути першою командою, яка зробила це здатний продемонструвати це».

Співавтор Лукас Вагнер з Університету Штутгарта додав: «Дозволити з’єднуватися між віддаленими місцями і навіть квантовими комп’ютерами є критичним завданням для майбутніх квантових мереж».

Міжміський зв’язок

У звичайних телекомунікаціях, таких як Інтернет або телефонні лінії, інформація може бути втрачена на великих відстанях. Щоб боротися з цим, ці системи використовують «ретранслятори» у звичайних точках, які зчитують і повторно підсилюють сигнал, гарантуючи, що він дістанеться до місця призначення неушкодженим.

Класичні повторювачі, однак, не можна використовувати з квантовою інформацією, оскільки будь-яка спроба прочитати та скопіювати інформацію знищить її. З одного боку, це є перевагою, оскільки квантові зв’язки неможливо «перехопити», не знищивши інформацію та не попередивши користувачів. Але для міжміських квантових мереж це складний виклик.

Один зі способів подолання цієї проблеми — обмінюватися квантовою інформацією у формі заплутаних частинок світла або фотонів. Заплутані фотони мають такі властивості, що неможливо зрозуміти один без іншого. Щоб поділитися заплутаністю на великі відстані через квантову мережу, вам знадобляться два пристрої: один для створення заплутаних фотонів, а інший для їх зберігання та дозволу отримати їх пізніше.

Існує кілька пристроїв, які використовуються для створення та зберігання квантової інформації у формі заплутаних фотонів, але генерування цих фотонів на вимогу та наявність сумісної квантової пам’яті, в якій їх можна зберігати, довгий час уникали дослідників.

Фотони мають певну довжину хвилі (яка у видимому світлі створює різні кольори), але пристрої для їх створення та зберігання часто налаштовані на роботу з різними довжинами хвиль, запобігаючи їх взаємодії.

Щоб створити інтерфейс пристроїв, команда створила систему, в якій обидва пристрої використовували однакову довжину хвилі. «Квантова точка» створювала (не заплутані) фотони, які потім передавалися в систему квантової пам’яті, яка зберігала фотони в хмарі атомів рубідію. Лазер «вмикав» і «вимикав» пам’ять, дозволяючи фотонам зберігатися та вивільнятися на вимогу.

Довжина хвилі цих двох пристроїв не тільки збігалася, але й була на тій самій довжині хвилі, що й телекомунікаційні мережі, що використовуються сьогодні, що дозволяє передавати її за допомогою звичайних волоконно-оптичних кабелів, знайомих у повсякденному підключенні до Інтернету.

Європейське співробітництво

Джерело світла з квантовою точкою було створено дослідниками з Університету Штутгарта за підтримки Університету Вюрцбурга, а потім доставлено до Великобританії для взаємодії з пристроєм квантової пам’яті, створеним командою Imperial і Southampton. Система була зібрана в підвальній лабораторії Імперського коледжу Лондона.

«Цього разу проривом стало скликання експертів для розробки та проведення кожної частини експерименту за допомогою спеціального обладнання та спільної роботи для синхронізації пристроїв». — Доктор Патрік Ледінгем

Незважаючи на те, що були створені незалежні квантові точки та квантова пам’ять, ефективніші за нову систему, це перший доказ того, що пристрої можна створювати для інтерфейсу на телекомунікаційних довжинах хвиль.

Тепер команда намагатиметься вдосконалити систему, зокрема переконатися, що всі фотони виробляються на одній довжині хвилі, покращити тривалість зберігання фотонів і зменшити всю систему.

Проте, як доказ концепції, це важливий крок вперед, каже співавтор доктор Патрік Ледінгем з Університету Саутгемптона: «Члени квантової спільноти активно намагалися встановити зв’язок протягом деякого часу. Це включає в себе те, що ми вже двічі пробували цей експеримент із різними пристроями з пам’яттю та квантовими точками, повертаючись понад п’ять років назад, що просто показує, наскільки важко це зробити.

«Цього разу проривом стало скликання експертів для розробки та проведення кожної частини експерименту за допомогою спеціального обладнання та спільної роботи для синхронізації пристроїв».

Компанія Boston Dynamics представила потужнішу, маневрену і повністю електричну версію свого людиноподібного робота Atlas. Цю моторошну на вигляд штуку вже планують використати на автомобільній виробничій лінії Hyundai.

На початку тижня Boston Dynamics оголосила, що прощається з оригінальним роботом Atlas, що рухався за допомогою гідравлічних приводів. А через добу компанія представила нову модель з електромоторами, які значно легші та компактніші.

Фахівці Boston Dynamics відзначили, що діапазон рухів нового робота Atlas буде навіть ширшим, ніж доступний людям.

Революційний підхід використовує дифракційну модель на основі розділених лінз Ломана для створення комп’ютерно-генерованої голографії (CGH) у реальному часі, що значно знижує обчислювальні вимоги, зберігаючи при цьому якість 3D-візуалізацій.

Голографічні дисплеї представляють захоплюючий шлях до створення реалістичних 3D-зображень, які створюють ілюзію безперервної глибини, обіцяючи трансформаційний вплив у таких сферах, як розваги, медичне зображення та віртуальна реальність. Проте традиційні підходи до створення комп’ютерних голограм (CGH) ускладнюються необхідністю повторюваних обчислень, що призводить до високих обчислювальних вимог і робить їх непридатними для програм реального часу.

Щоб вирішити цю проблему, дослідники з Шанхайського науково-технічного університету (Китай) представили новий метод генерації CGH, який значно зменшує обчислювальні витрати, зберігаючи при цьому високу якість 3D-візуалізації. Як повідомляється в Advanced Photonics Nexus, їхній підхід використовує модель дифракції на основі розділених лінз Ломана, що дозволяє швидко синтезувати 3D-голограми за допомогою одноетапного обчислення зворотного поширення.

Використовуючи спеціально розроблену віртуальну цифрову фазову модуляцію в роздільній лінзі Ломана, їхній метод забезпечує високоточну реконструкцію 3D-сцен із точним сприйняттям глибини.

Революційне створення голографічних дисплеїв

Важливість цього дослідження полягає в його потенціалі революції у створенні голографічних дисплеїв, пропонуючи практичне рішення для генерації CGH у реальному часі. На відміну від традиційних методів, які страждають від обчислювальних вузьких місць, запропонований підхід забезпечує постійну швидкість обчислень незалежно від глибини щільності вибірки, що забезпечує безперебійну інтеграцію в різні програми, які вимагають захоплюючої 3D-візуалізації.

Щоб підтвердити ефективність свого методу, дослідники провели моделювання та експерименти, продемонструвавши його здатність створювати реалістичні 3D-голографічні дисплеї з точним сприйняттям глибини.

Загалом, дослідження є багатообіцяючим прогресом у галузі комп’ютерної голографії, пропонуючи практичне рішення для створення захоплюючих 3D-візуалізацій без обчислювальних обмежень традиційних методів. Це допомагає прокласти шлях для широкого впровадження голографічних дисплеїв у різноманітних галузях промисловості та застосуваннях.

Нове віконне покриття знижує температуру в приміщенні та витрати на електроенергію, вибірково блокуючи світло, що виділяє тепло, ефективне під будь-яким кутом сонячного світла.

Вікна приймають світло у внутрішні приміщення, але вони також приносять небажане тепло. Нове покриття вікна блокує ультрафіолетове та інфрачервоне світло, що виділяє тепло, і пропускає видиме світло незалежно від кута нахилу сонця. Покриття можна використовувати на існуючих вікнах або автомобілях і може зменшити витрати на охолодження кондиціонера більш ніж на одну третину в жаркому кліматі.

Ефективний дизайн для зміни кутів сонця

«Кут між сонячним світлом і вашим вікном постійно змінюється», — сказав Тенгфей Луо, професор енергетичних досліджень родини Доріні в Університеті Нотр-Дам і керівник дослідження. «Наше покриття зберігає функціональність і ефективність незалежно від положення сонця на небі».

Віконні покриття, які використовуються в багатьох останніх дослідженнях, оптимізовані для світла, яке потрапляє в кімнату під кутом 90 градусів. Проте опівдні, часто в найжаркіший час дня, сонячні промені проникають у вертикально встановлені вікна під косими кутами.

Сучасні матеріали та методи

Луо та його помічник Сонмін Кім раніше створили прозоре віконне покриття, наклавши надтонкі шари кремнезему, оксиду алюмінію та оксиду титану на скляну основу. Кремнієвий полімер товщиною мікрометра був доданий для посилення охолоджувальної здатності конструкції шляхом відображення теплового випромінювання через атмосферне вікно у відкритий космос.

Додаткова оптимізація порядку шарів була необхідна, щоб гарантувати, що покриття вміщуватиме різні кути сонячного світла. Однак підхід методом проб і помилок не був практичним, враховуючи величезну кількість можливих комбінацій, сказав Луо.

Щоб перетасувати шари в оптимальну конфігурацію — таку, яка максимізує пропускання видимого світла та мінімізує проходження довжин хвиль, що утворюють тепло, — команда використала квантове обчислення , або, точніше, квантовий відпал, і підтвердила свої результати експериментально.

Результати та застосування

Їхня модель створила покриття, яке зберігало прозорість і знижувало температуру на 5,4-7,2 градуса за Цельсієм (9,7-13 градусів за Фаренгейтом) у модельній кімнаті, навіть коли світло проходило під різними кутами. Результати лабораторії були нещодавно опубліковані в Cell Reports Physical Science.

«Як і поляризовані сонцезахисні окуляри, наше покриття зменшує інтенсивність вхідного світла, але, на відміну від сонцезахисних окулярів, наше покриття залишається чітким і ефективним, навіть якщо ви нахиляєте його під різними кутами», — сказав Ло.

Схема активного навчання та квантового обчислення, розроблена для створення цього покриття, може бути використана для розробки широкого діапазону матеріалів зі складними властивостями.