Український телекомунікаційний портал

Дослідники з Університету Флориди розробили нову техніку, використовуючи напівпровідникові технології для виробництва процесорів, які значно підвищують ефективність передачі великих обсягів даних по всьому світу. Інновація, представлена ​​на поточній обкладинці журналу Nature Electronics, готова змінити ландшафт бездротового зв’язку в той час, коли прогрес ШІ різко збільшує попит.

Традиційно бездротовий зв’язок покладався на планарні процесори, які, незважаючи на ефективність, обмежені своєю двовимірною структурою для роботи в обмеженій частині електромагнітного спектра. Підхід, розроблений UF, використовує потужність напівпровідникової технології, щоб вивести бездротовий зв’язок у новий вимір – буквально.

Дослідники успішно перейшли від планарних до тривимірних процесорів, започаткувавши нову еру компактності та ефективності передачі даних.

Покращена передача даних і програми

Доктор філософії Розбех Табрізіан, доцент кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії UF, чия команда розробила тривимірний процесор, сказав, що це є ключовим моментом в еволюції бездротового зв’язку, оскільки світ стає все більш залежним від безперебійного з’єднання. і обмін даними в реальному часі.

«Здатність передавати дані більш ефективно та надійно відкриє двері для нових можливостей, сприяючи прогресу в таких сферах, як «розумні» міста, віддалена охорона здоров’я та доповнена реальність», — сказав він.

Зараз дані в наших мобільних телефонах і планшетах перетворюються на електромагнітні хвилі, які поширюються туди й назад між мільярдами користувачів. Подібно до того, як дизайн автомагістралі та світлофори забезпечують ефективний рух транспорту через місто, фільтри або спектральні процесори переміщують дані на різних частотах.

Обмеження традиційних процесорів

«Інфраструктура міста може обслуговувати лише певний рівень трафіку, і якщо ви продовжуєте збільшувати кількість автомобілів, у вас виникнуть проблеми», — сказав Тебрізіан. «Ми починаємо досягати максимальної кількості даних, які можемо ефективно переміщувати. Планарна структура процесорів більше не практична, оскільки вони обмежують нас дуже обмеженим діапазоном частот».

З появою штучного інтелекту та автономних пристроїв підвищений попит вимагатиме набагато більше світлофорів у вигляді фільтрів на численних різних частотах, щоб переміщувати дані туди, куди вони призначені.

«Подумайте про це як про вогні на дорозі та в повітрі», — сказав Тебрізіан. «Це стає безладом. Один чіп, виготовлений лише для однієї частоти, більше не має сенсу».

Тебрізіан і його колеги з інженерного коледжу Герберта Вертхайма використовують технологію CMOS або додатковий процес виготовлення металооксидних напівпровідників для створення тривимірного наномеханічного резонатора.

«Використовуючи сильні сторони напівпровідникових технологій в інтеграції, маршрутизації та упаковці, ми можемо інтегрувати різні процесори, залежні від частоти, на одному чіпі», — сказав Тебрізіан. «Це величезна перевага».

Тривимірні процесори займають менше фізичного простору, забезпечуючи підвищену продуктивність і необмежену масштабованість, що означає, що вони можуть відповідати зростаючим вимогам.

«Цей абсолютно новий тип спектрального процесора, який об’єднує різні частоти в одному монолітному чіпі, справді змінює правила гри», — сказав Девід Арнольд, заступник завідувача відділу електротехніки та комп’ютерної інженерії. «Доктор. Новий підхід Tabrizian до багатодіапазонних радіочіпсетів з гнучкою зміною частот не тільки вирішує величезну виробничу проблему, але й дозволяє дизайнерам уявити абсолютно нові стратегії зв’язку в умовах дедалі більшого перевантаження бездротового зв’язку. Простіше кажучи, наші бездротові пристрої працюватимуть краще, швидше та безпечніше».

Дослідники з Університету Фліндерса ідентифікували три незвичайні нові види гігантських викопних кенгуру з Австралії та Нової Гвінеї, виявивши більшу різноманітність у їхній формі, географічному розповсюдженні та пересуванні, ніж вважалося раніше.

Три нові види належать до вимерлого роду Protemnodon, який існував приблизно від 5 мільйонів до 40 000 років тому, причому один з них приблизно вдвічі більший за найбільшого червоного кенгуру, що живе сьогодні.

Дослідження було проведено після виявлення кількох повних викопних скелетів кенгуру в озері Каллабонна в посушливій Південній Австралії у 2013, 2018 і 2019 роках. Ці надзвичайні скам’янілості дозволили провідному досліднику доктору Ісааку Керру, який тоді був аспірантом, відібрати майже 150-річну тварину. головоломка навколо ідентичності виду Protemnodon.

Різноманітність видів Protemnodon

Нове дослідження Університету Фліндерса розглянуло всі види Protemnodon , виявивши, що вони дуже відрізняються один від одного. Види пристосувалися жити в різних середовищах і навіть стрибали різними способами. Protemnodon виглядав би приблизно як сірий кенгуру, але загалом був більш присадкуватим і мускулистим. У той час як деякі види були близько 50 кг, інші були набагато більшими за будь-якого живого кенгуру.

Проте один новий вид, названий у рамках останнього дослідження, названий Protemnodon viator, був набагато більшим і важив до 170 кг. Це приблизно вдвічі більше, ніж у найбільших самців червоного кенгуру.

Protemnodon viator був добре пристосований до свого посушливого середовища проживання в центральній Австралії, живучи в подібних районах, як і сучасні червоні кенгуру. Це був кенгуру з довгими кінцівками, який міг досить швидко та ефективно стрибати. Його назва viator на латині означає «мандрівник» або «мандрівник». Австралійські дослідники виявили ще два нових види – Protemnodon mamkurra та Protemnodon dawsonae – одночасно переглядаючи роботу попередніх дослідників, зокрема британського натураліста сера Річарда Оуена, який ввів термін «динозавр» у вікторіанській Англії.

Перший вид Protemnodon був описаний у 1874 році британським палеонтологом Оуеном, який дотримувався загальноприйнятого підходу того часу, зосереджуючись головним чином на викопних зубах. Він побачив невеликі відмінності між зубами своїх зразків і описав шість видів Protemnodon . Послідовні дослідження звели нанівець деякі з цих ранніх описів, однак нове дослідження Університету Фліндерса погоджується з одним із його видів, Protemnodon anak. Цей перший описаний екземпляр, званий голотипом, досі зберігається в Музеї природної історії в Лондоні.

Доктор Керр каже, що раніше припускали, що деякі або всі Protemnodon були чотириногими. «Однак наше дослідження показує, що це стосується лише трьох-чотирьох видів Protemnodon, які, можливо, рухалися чимось на кшталт квокки або потору, тобто іноді стрибали на чотирьох ногах, а іноді стрибали на двох.

«Нещодавно описаний Protemnodon mamkurra, ймовірно, є одним із них. Великий, але міцний і міцний кенгуру, ймовірно, був досить повільним і неефективним. Можливо, він підстрибував лише зрідка, можливо, просто коли був наляканий».

Доктор Керр каже, що найкращі скам’янілості цього виду походять із печери Грін-Вотерхоул на південному сході Південної Австралії, на території народу Боандік. Назва виду, мамкурра, була обрана старійшинами Боандіка та мовними експертами Корпорації Бурранді. Це означає «великий кенгуру».

За його словами, незвично мати один рід кенгуру в таких різноманітних середовищах. «Наприклад, тепер відомо, що різні види Protemnodon населяли широкий спектр середовищ існування, від посушливої ​​центральної Австралії до лісистих гір Тасманії та Нової Гвінеї, у яких випадає багато опадів».

Третій з нових видів, Protemnodon dawsonae, відомий за меншою кількістю скам’янілостей, ніж два інших, і є більшою загадкою. Швидше за все, це був середньошвидкісний бункер, щось на зразок болотного валлабі. Його назвали на честь дослідницької роботи австралійського палеонтолога доктора Ліндалла Доусона, який вивчав систематику кенгуру та викопний матеріал із «Великої раковини», частини печер Веллінгтон у Новому Південному Уельсі, звідки цей вид переважно відомий.

Наслідки дослідження

Щоб зібрати дані для дослідження, доктор Керр відвідав колекції 14 музеїв у чотирьох країнах і вивчив «практично кожен фрагмент Protemnodon, який існує».

«Ми сфотографували та відсканували за допомогою 3D понад 800 зразків, зібраних з усієї Австралії та Нової Гвінеї, виміряли, порівняли та описали їх. Це було серйозне завдання. Так приємно нарешті опублікувати його у світі після п’яти років досліджень, 261 сторінки та понад 100 000 слів. Я дуже сподіваюся, що це допоможе провести більше досліджень Protemnodon , щоб ми могли дізнатися більше про те, що робили ці кенгуру. Живі кенгуру вже є такими дивовижними тваринами, тож дивно уявити, до чого могли прийти ці дивні гігантські кенгуру».

Хоча скам’янілості Protemnodon досить поширені в Австралії, історично їх знаходили «ізольованими» або як окремі кістки без решти тварини. Це заважало палеонтологам вивчати Protemnodon у минулому, що ускладнювало визначення кількості видів, як їх відрізнити, а також те, як види відрізнялися за розміром, географічним ареалом, пересуванням і адаптацією до природного середовища.

Приблизно 40 000 років тому всі Protemnodon вимерли на материковій частині Австралії, можливо, затримавшись на деякий час у Новій Гвінеї та Тасманії. Це вимирання відбулося, незважаючи на їхні відмінності в розмірах, адаптаціях, середовищі існування та географічному ареалі.

З незрозумілих причин те саме не сталося з багатьма схожими та близькоспорідненими тваринами, такими як валлару та сірі кенгуру. Відповідь на це питання може незабаром знайти подальше дослідження, частково підтримане цим дослідженням.

«Чудово мати певну ясність щодо ідентичності виду Protemnodon », — каже професор Фліндерса Гевін Придо, співавтор нової важливої ​​статті в Megataxa . Скам’янілості цього роду широко поширені, і їх знаходять регулярно, але найчастіше ви не можете бути впевнені, який вид ви дивитеся. Це дослідження може допомогти дослідникам почуватися більш впевнено під час роботи з Протемнодоном».

Дослідники з Університету Манчестера досягли значного прогресу в надпровідності, успішно підтримуючи надійну надпровідність під сильними магнітними полями в новій одновимірній (1D) системі. Цей прорив пропонує багатообіцяючий шлях до досягнення надпровідності у квантовому режимі Холла, що є давнім викликом у фізиці конденсованого середовища.

Надпровідність, здатність певних матеріалів проводити електрику з нульовим опором, містить великий потенціал для розвитку квантових технологій. Однак досягнення надпровідності у квантовому режимі Холла, що характеризується квантованою електричною провідністю, виявилося серйозним викликом.

Деталі дослідження та початкові результати

Дослідження, опубліковане в Nature, детально описує масштабну роботу манчестерської команди під керівництвом професора Андре Гейма, доктора Жюльєна Бар’єра та доктора На Сіна для досягнення надпровідності у квантовому режимі Холла. Їх початкові зусилля йшли звичайним шляхом, коли крайові стани зустрічного поширення були наведені в безпосередній близькості один від одного. Однак цей підхід виявився обмеженим.

«Наші початкові експерименти були насамперед мотивовані сильним постійним інтересом до близької надпровідності, індукованої вздовж квантових крайових станів Холла», — пояснює доктор Бар’єр, провідний автор статті. «Ця можливість призвела до численних теоретичних прогнозів щодо появи нових частинок, відомих як неабелеві аніони».

Потім команда дослідила нову стратегію, натхненну їхньою попередньою роботою, яка продемонструвала, що межі між доменами в графені можуть бути високопровідними. Розмістивши такі доменні стінки між двома надпровідниками, вони досягли бажаної кінцевої близькості між зустрічними крайовими станами, мінімізуючи вплив безладу.

«Нас заохочували спостерігати великі надструми при відносно «приємних» температурах до одного Кельвіна в кожному виготовленому нами пристрої», — згадує доктор Бар’єр.

Відкриття одномодової 1D надпровідності

Подальші дослідження показали, що надпровідність близькості походить не від квантових крайових станів Холла, що поширюються вздовж доменних стінок, а скоріше від суто одновимірних електронних станів, що існують усередині самих доменних стінок. Ці одновимірні стани, існування яких було доведено теоретичною групою професора Володимира Фалько з Національного інституту графену, продемонстрували більшу здатність гібридизуватися з надпровідністю порівняно з квантовими крайовими станами Холла. Вважається, що властива одновимірна природа внутрішніх станів є відповідальною за спостережувані надійні надструми при сильних магнітних полях.

Це відкриття одномодової одновимірної надпровідності демонструє захоплюючі можливості для подальших досліджень. «У наших пристроях електрони поширюються у двох протилежних напрямках в одному нанорозмірному просторі без розсіювання», — уточнює д-р Бар’єр. «Такі 1D-системи є винятковою рідкістю і є перспективними для вирішення широкого кола проблем у фундаментальній фізиці».

Команда вже продемонструвала здатність маніпулювати цими електронними станами за допомогою напруги затвора та спостерігати стоячі електронні хвилі, які модулювали властивості надпровідності.

«Захоплююче думати, що ця нова система може принести нам у майбутньому. Одновимірна надпровідність представляє альтернативний шлях до реалізації топологічних квазічастинок, що поєднує квантовий ефект Холла та надпровідність», – підсумовує д-р Сін. Це лише один приклад величезного потенціалу наших знахідок».

Через 20 років після появи першого двовимірного матеріалу графену це дослідження Манчестерського університету стало ще одним кроком вперед у галузі надпровідності. Очікується, що розробка цього нового 1D-надпровідника відкриє двері для прогресу у квантових технологіях і прокладе шлях для подальших досліджень нової фізики, привертаючи інтерес з боку різних наукових спільнот.

Було ідентифіковано важливий ген, який пояснює неодноразову появу здатності до планування протягом еволюції сумчастих. Люди кажуть «Коли свині летять», щоб описати неможливе. Але навіть якщо більшість ссавців є сухопутними, здатність до ковзання або польоту розвивалася знову і знову в ході еволюції ссавців у різних видів від кажанів до білок-летяг.

Як це сталося? У дослідженні, нещодавно опублікованому в журналі Nature, група дослідників під керівництвом Прінстонського університету та медичного коледжу Бейлора пояснює геномну основу та основу розвитку патагіуму, тонкої шкірної мембрани, яка дозволяє деяким видам ссавців парити в повітрі.

«Ми не зовсім розуміємо, як виникають нові риси та адаптації з молекулярної та генетичного погляду. Ми хотіли дослідити, як виникає еволюційна новизна», — сказав співавтор доктор Рікардо Малларіно, доцент кафедри молекулярної біології в Прінстоні.

Щоб краще зрозуміти еволюцію патагіума, команда зосередилася на сумчастих. Це пов’язано з тим, що здатність до ковзання неодноразово розвивалася, використовуючи подібні анатомічні зміни, у близькоспоріднених сумчастих, як-от цукровий планер – крихітного сумчастого, достатньо маленького, щоб поміститися у вашій кишені, і популярного як екзотична домашня тварина.

Генетичний погляд на планеризм

Команда Бейлора очолила секвенування генома 15 видів сумчастих, визначаючи послідовності ДНК обох плануючих видів і їхніх неплануючих родичів. Порівняння цих послідовностей виявило прискорену еволюцію поблизу гена під назвою Emx2.

«Що цікаво, так це те, що сама послідовність гена, здається, не є місцем, де відбуваються найважливіші зміни. Натомість ключові зміни відбуваються в коротких послідовностях ДНК, які називаються «підсилювачами», які знаходяться поруч у геномі. Саме ці мінливі підсилювачі змінюють те, як і де в організмі активний Emx2, і це стимулює еволюцію ковзання», – сказав співавтор доктор Ерез Ліберман Ейден, професор молекулярної генетики та генетики людини та директор Центру архітектури геному у Бейлорі.

Еволюційні механізми та експериментальні підходи

«Розуміння основних змін, які відбуваються на геномному рівні, що породжує ці конвергентні риси, є важливим, оскільки це може сказати нам, чи йде еволюція шляхом найменшого опору. У вас може бути той самий результат, але різні шляхи, щоб досягти цього», – сказав перший автор Хорхе Морено, аспірант лабораторії Малларіно.

Потім дослідники хотіли перевірити ці ідеї. Для цього вони використали одну з найбільш унікальних характеристик сумчастих тварин – їхню сумку. «Сумчасті джуї народжуються на набагато більш ранній стадії розвитку, ніж звичайні ссавці», — сказала один з авторів, доктор Ольга Дудченко, доцент кафедри молекулярної генетики та генетики людини в Бейлорі та дослідник Центру теоретичної біологічної фізики Університету Райса. «Замість того, щоб продовжувати розвиток в утробі матері, вони заповзають в її сумку і залишаються там, поки не будуть готові самостійно боротися зі світом. Той факт, що вони знаходяться прямо тут, у сумці, значно полегшує вивчення того, як окремі гени, наприклад Emx2, впливають на розвиток сумчастих».

Дослідники показали, що Emx2 дає початок сумчастому патагіуму за допомогою генетичної програми, яка, ймовірно, існує у всіх ссавців. Наприклад, Emx2 активний у шкірі на боках мишей і цукрових планерів, але в цукрових планерах він експресується набагато довше. Як зазначає Дудченко з Центру архітектури геному в Бейлорі, «шляхом модифікації цих критичних енхансерів Emx2 один вид за іншим використовував цю універсальну програму, щоб розвинути здатність ковзати».