Сотрудники университета г. Санта-Барбара (штат Калифорния) трансформировали известный способ создания в воздухе двумерных изображений на тонком слое капель жидкости FogScreens. С помощью двух устройств FogScreens и проектора, который управляет движением двумерных изображений, они воссоздали два плоских изображения, которые затем трансформировали в трехмерное. Пользователь видит его без специальных приспособлений. Изображения висят в воздухе, их можно обойти и рассмотреть с разных сторон, можно даже пройти сквозь них. Работа американских ученых будет опубликована в ближайшем выпуске журнала IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics.
Ранее подобный эффект можно было получить лишь в лабораторных условиях с характерным размером около десятка сантиметров. Теперь удалось достичь размеров реальной комнаты с расстояниями в несколько метров.
Исследователи назвали свое устройство "бесплотным дисплеем" (immaterial display), который может найти множество применений - в виртуальных турах по музеям, в телеконференциях и телемедицине, различных игровых и обучающих системах, электронных книгах с трехмерными иллюстрациями и т. д., пишет PhysOrg.
Исследователи IBM представили метод электронного контроля спектра, распределения и эффективности светоизлучающих нанотрубок (light-emitting nanotubes, LEN). Ранее были показаны кремниевые оптические волноводы и высокоэффективная электролюминесценция LEN, сравнимая с LED. Теперь LEN помещены внутрь оптического волновода для достижения направленной поверхностной эмиссии, избирательности длины волны и высокой эффективности.
Как и большинство излучающих свет источников, нанотрубки выделяют свет во всех направлениях. Изначально спектр был довольно широким, а эффективность мала, говорят исследователи. Для решения этой проблемы распределение света было сделано совместимым с оптическим фильтрами и передающими устройствами. Спектр контролируется оптической полостью, согласно предложенной учеными теории.
IBM достигла поверхностной эмиссии объединением полевого транзистора на нанотрубках с парой металлических зеркал; нанотрубка располагается между зеркалами и лежит на кремниевом чипе. Нижнее зеркало выполнено из серебра, верхнее полузеркало - из золота. Свет излучается нанотрубкой в полость, которая заполнена прозрачным диэлектриком. Эмиссия ограничена оптической полостью с двумя зеркалами так, что свет формирует стоячую волну между зеркалами. Для формирования полостей используется литография, что приводит к значительному улучшению - ограничение спектра до 10 % дает повышение эффективности на 400 %.
Нанотрубки имеют различные диаметры и, соответственно, ширину запрещенной зоны, что вызывает излучение света на разных частотах. Однако, интегрируя нанотрубку в полость, физическое помещение в структуру устраняет нежелательные частоты и решает проблему разности диаметров. IBM представила два метода световой эмиссии в нанотрубках. Первый вводит барьеры Шоттки в оба конца, тогда на одном из них скапливаются электроны, а на другом - дырки. По другому методу, вводят экситоны с одной стороны нанотрубки.
Компания также предложила теорию того, как тепло отводит энергию от процесса люминесценции, снижая эффективность LEN. Существуют два вида эмиссии объекта - излучающий и неизлучающий. Именно последний теряет энергию через тепло. Излучающая эмиссия всегда считалась постоянным свойством материала, но, как и проквантованный материал, фотоны также являются частью поля, которое имеет квантуемые состояния. Эмиссия происходит из-за взаимодействия этих двух полей. С помощью электрического поля возможно изменить электронную структуру нанотрубок таким образом, что теплота не будет выделяться, говорят ученые.
Кроме повышения эффективности будущих устройств путем устранения выделения теплоты исследователи планируют провести ряд опытов для выстраивания нанотрубок в сверхструктуру. Это позволит в будущем изготавливать LEN на кремниевых фотонных чипах.
Джойстики
Исследователи Технологического института штата Джорджия под руководством Майсам Гованлоо (Maysam Ghovanloo) разрабатывают Tongue Drive System (систему приведения в движение при помощи языка). Она призвана превратить язык в своеобразный "джойстик", который позволил бы инвалидам управлять креслами-колясками, домашней техникой и компьютерами. Эта технология предназначена в первую очередь для людей с ограниченными способностями к передвижению - теперь они смогут с легкостью контролировать свои инвалидные коляски. Система еще далека от завершения.
На данный момент наиболее распространенным способом для инвалидов является управление при помощи вдыхания и выдыхания в трубку, однако он обеспечивает выполнение всего лишь 4 команд. Есть также технология, основанная на управлении посредством движений головы и шеи. Она более утомительна, к тому же не позволяет контролировать сложную электронику, такую как компьютеры. Способ управления посредством глаз все еще находится на начальной стадии разработки, поскольку существующие проекты дороги и медлительны. А язык является более гибким, чувствительным и не ведающим усталости органом.
Разработка команды Гованлоо заключается в помещении магнита диаметром 3 мм, играющего роль маркера, на кончик языка. Движения магнита отслеживаются сенсорами, расположенными по обе стороны щек, которые затем посылают данные к приемнику, расположенному на верхней части шлема, одеваемого пользователем. ПО конвертирует эти движения в команды, управляющие креслом-коляской, либо же любым другим электронным устройством.
После включения системы пользователя просят выполнить 6 команд: влево, вправо, вперед, назад, одинарный щелчок и двойной щелчок. Студент университета штата Джорджия, принимавший участие в тестировании разработки, спокойно разъезжал по лаборатории в своей инвалидной коляске.
Гованлоо надеется в будущем значительно увеличить количество распознаваемых команд, превратив зубы человека в своеобразную "клавиатуру", при помощи которой можно было бы даже набирать текст на компьютере. То же самое касается и управления бытовой техникой. "Например, движение языком влево и вверх могло бы включить свет в комнате, а вправо и вниз - тот же телевизор", - говорит разработчик.
Для дальнейшего развития проекта компания уже получила $120 тыс. от Национального научного фонда США и $150 тыс. от Благотворительного фонда Кристофера и Даны Рив. Деньги планируется потратить на уменьшение размеров шлема и улучшение ПО.
Энергопитание
Инженеры Массачусетского технологического университета (МТТ) под руководством Пола Хаммонда разработали технологию создания микробатарей размером не больше половины органической клетки. В первую очередь они будут использоваться в медицине для питания имплантируемых медицинских датчиков и другого мобильного медицинского оборудования.
Сами батареи построены по стандартной для таких элементов схеме - анод и катод, разделенные несколькими слоями твердого полимера, использующегося в качестве электролита, отличающиеся от обычных лишь размером. Анод и катод формируются из нескольких молекул оксида кобальта, а готовая батарея ламинируется литиевой фольгой.
Новые батареи будут изготавливаться с помощью технологии микропечати на специальных принтерах. Инженеры МТТ уже изготовили и опробовали два из трех ключевых компонентов микробатареи. Помимо компактности, микробатареи отличаются еще и простотой производства - для их изготовления не требуются какие-то специальные условия и весь процесс проходит при комнатной температуре.
Емкости новых микробатарей должно хватить на 24 часа автономной работы медицинских сенсоров, что для них более чем достаточно.
На августовском форуме IDF 2008 сотрудник компании Intel Джошуа Смит (Joshua R. Smith) и физик Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) Марин Сольячич (Marin Soljacic) представили систему беспроводной передачи электроэнергии. Она основана на феномене резонансной электромагнитной индукции. Теоретическая база разработана сотрудниками MIT, а совместно с исследователями Intel проект, получивший обозначение WiTricity (Wireless Electricity - беспроводное электричество), доведен до воплощения в "железе".
Установка представляет собой две антенны (диаметр основной антенны составляет чуть более полуметра), выполненные, по всей видимости, из меди, одна из которых создает в пространстве около себя электромагнитное поле, индуцирующее переменный электрический ток в контуре второй антенны. Надо сказать, что даже первые прототипы системы впечатляют своими характеристиками - в ходе демонстрации исследователи передавали электроэнергию, которой хватало для работы 60-ваттной лампочки, на расстояние от 0,6 до 1,0 метра. КПД - около 75 %. В случае беспроводной передачи электроэнергии на расстояние до нескольких метров КПД установки заметно падает - до 50 %. Но даже в этом случае установку WiTricity можно использовать, например, для подзарядки аккумуляторов ноутбука, мобильного телефона, плейера и пр.
Компания Intel планирует подготовить систему беспроводной подзарядки мобильных компьютеров.
Сотрудники японского национального института материаловедения (National Institute of Materials Science, NIMS) представили прототип солнечных ячеек на основе нитрида бора (BN), прозрачных для видимого света.
До сих пор проблема заключалась в сложности введения примеси, необходимой для получения полупроводника, в этот нитрид. В NIMS разработали процесс введения примеси в тонкую пленку нитрида бора высокой плотности для успешного получения BN/Si-гетеродиода. Прототипы солнечных ячеек, основанные на диоде, показали эффективность на уровне 2 %. BN-полупроводник p-типа был получен введением кремния в качестве примеси, при этом синтезированный нитрид бора высокой плотности имеет решетку, напоминающую структуру алмаза (sp3-гибридизация).
По этому методу солнечная ячейка изготавливается из гетеродиода, который включает подложку из кремния (n-тип) и нитрид бора (p-тип), сформированный на подложке. Кроме того, микроконусы, покрывающие поверхность тонкой пленки, способны повысить эффективность поглощения света, поскольку эти конусы снижают количество отраженного солнечного света.
NIMS планирует запустить солнечные ячейки на BN/Si-гетеродиодах в коммерческое производство, целевыми направлениями для этой разработки ученые называют беспилотные системы наблюдения и устройства, используемые в космосе, с повышенными показателями прочности, надежности и устойчивости к агрессивной внешней среде. Также планируется разработка BN-полупроводника n-типа в дополнение к p-типу для создания гомогенного диода.
Использование BN-гомогенного диода дает возможность разработать солнечные ячейки, прозрачные для видимого света. Это позволит, например, получить окно в солнечной батарее, расположенной на крыше автомобиля, или подключать накопители энергии к солнцезащитным очкам или окнам здания, также являющимися ячейками, считают в институте.
Квантовые компьютеры
Профессор химии Гарри Дорн (Harry Dorn) предложил использовать фуллерен C80, внутри которого находится два иона иттрия, редкоземельного металла. При замене одного атома углеродного каркаса на заряженный атом азота заряд может переходить к атомам иттрия. Образуется пара с одноэлектронной связью, обладающей уникальными спиновыми свойствами, которыми учеными могут относительно легко манипулировать.
Как надеются исследователи, описанный феномен приведет к новым разработкам в области медицины, спинтроники, молекулярной электроники, а также компьютеров будущего - вполне возможным выглядит создание на основе фуллеренов устройств хранения информации с высочайшей плотностью размещения данных.
Предложено также внедрение в молекулу фуллерена вместо азота атома бора, что приводит не к появлению "лишнего" электрона, а к его недостатку. По всей видимости, подобные соединения можно использовать в качестве основного компонента полупроводниковой структуры.
В статье Journal of the American Chemical Society (JACS) авторы описывают методику создания молекулы фуллерена и технологию замены атома углерода на атом азота или бора.
Ученые Массачусетского технологического института разработали метод, названный амплитудной спектроскопией. Он позволяет характеризовать квантовые объекты в широких частотных диапазонах. Более глубокое понимание сверхпроводящих структур способно ускорить развитие квантового компьютера. Каждый искусственный атом может функционировать в качестве кубита (qubit), который может находиться в различных энергетических состояниях одновременно, что означает отсутствие четких положений 1 и 0.
Амплитудная спектроскопия собирает информацию о сверхпроводящем искусственном атоме с помощью исследования реакции на воздействие одной фиксированной частоты. Датчик заставляет атом совершать энергетические переходы. Корректировка амплитуды источника постоянной частоты обеспечивает практически бесконечное число переходов атомов между энергетическими уровнями. В ответ на излучение искусственного атома датчик выдает интерференционные изображения. Для каждого уровня энергии они имеют свой вид, играя роль своеобразных отпечатков пальцев.
Оптика
Ученые Университета Калифорнии создали материал, способный изменить направление распространения видимого и ближнего инфракрасного света. Его можно использовать для повышения разрешения оптического изображения, наносхем высокопроизводительных компьютеров и создания устройств, обеспечивающих невидимость.
Одна технология использует металлические слои наносетки. Другая - серебряные нанонити. Применение разработанных метаматериалов позволяет изменить обычное распространение света, заставляя обходить электромагнитную волну вокруг объекта. Использование этой технологии позволит в оптических микроскопах различать отдельные вирусы или молекулы ДНК, при этом разрешение микроскопа должно быть меньше длины волны света.
Причина такого поведения заключается в отрицательном коэффициенте преломления. Все материалы природного происхождения имеют положительное преломление. Например, если при положительном коэффициенте преломления мы видим, глядя на водоем, как рыба плавает в воде, то при отрицательном создается впечатление, что та же рыба находится над водной гладью.
Уже сообщалось, что некоторым ученым удалось создать метаматериалы, работающие на оптических частотах, но эти двумерные материалы ограничены однослойной структурой из искусственных атомов, чьи свойства преломления не могут быть определены, а трехмерные материалы с отрицательным преломлением способны работать лишь с длинными микроволнами. Причем предыдущие метаматериалы были основаны на физике резонанса, для достижения отрицательного преломления их необходимо было заставить вибрировать на определенной частоте.
Человек видит окружающий мир через диапазон электромагнитного излучения, называемый видимым светом, с длинами волн от 400 до 700 нм. Для достижения отрицательного преломления необходимо иметь размеры меньше длины рассматриваемой электромагнитной волны. В микроволнах, длины которых составляют 1-300 мм, это уже достигнуто.
Исследователи уложили вместе чередующиеся слои серебра и непроводящего фторида магния. В итоге на коротких волнах (1500 нм, ближний инфракрасный диапазон) ученым удалось достичь негативного преломления. Другая группа использовала оксидную матрицу для выращивания серебряных нанонитей в пористом оксиде алюминия. Расстояние между нитями задано меньшим длины волны света в видимом спектре.
Конфигурация вертикальных нанонитей, которые выстроены параллельно, предназначена только для взаимодействия с электрическим полем световых волн. Магнитное поле, которое колеблется в перпендикулярной плоскости, фактически не влияет на нанонити, значительно сокращая потери энергии.
Таким образом, оба материала достигают отрицательного коэффициента преломления путем минимизации энергии, потерянной при прохождении света через образец. В случае с наносеткой, жестко связанные наноцепи пропускают свет и уменьшают потери при прохождении через металлические слои. Исследователям впервые удалось наблюдать отрицательное преломление волн длиной 660 нм, соответствующей видимому свету красного цвета.
Инновация заключается в том, что отрицательное преломление достигается без технических приемов. Это преимущество позволит значительно повысить эффективность антенн путем снижения помех. Отрицательный коэффициент преломления также может обратить вспять доплеровский эффект. Однако, несмотря на появившуюся возможность использования отрицательного коэффициента преломления в широком диапазоне волн, до появления плащей-невидимок еще далеко, поскольку эти метаматериалы изготовлены из металла и очень хрупки, и организация крупномасштабного производства также является проблемой.
Сайт газеты "Компьютер-Информ" является зарегистрированным электронным СМИ. Свидетельство Эл 77-4461 от 2 апреля 2001 г. Перепечатка материалов
без письменного согласия редакции запрещена.
При использовании материалов газеты в Интернет гиперссылка обязательна.
Телефон редакции (812) 718-6666, 718-6555.
Адрес: 196084, СПб, ул.Заставская, д.23, БЦ "Авиатор", 3-й этаж, офис 307
e-mail: editor@ci.ru
Для пресс-релизов и новостей news@ci.ru
Исследователи Технологического института штата Джорджия под руководством Майсам Гованлоо (Maysam Ghovanloo) разрабатывают Tongue Drive System (систему приведения в движение при помощи языка). Она призвана превратить язык в своеобразный "джойстик", который позволил бы инвалидам управлять креслами-колясками, домашней техникой и компьютерами. Эта технология предназначена в первую очередь для людей с ограниченными способностями к передвижению - теперь они смогут с легкостью контролировать свои инвалидные коляски. Система еще далека от завершения.
На данный момент наиболее распространенным способом для инвалидов является управление при помощи вдыхания и выдыхания в трубку, однако он обеспечивает выполнение всего лишь 4 команд. Есть также технология, основанная на управлении посредством движений головы и шеи. Она более утомительна, к тому же не позволяет контролировать сложную электронику, такую как компьютеры. Способ управления посредством глаз все еще находится на начальной стадии разработки, поскольку существующие проекты дороги и медлительны. А язык является более гибким, чувствительным и не ведающим усталости органом.
На августовском форуме IDF 2008 сотрудник компании Intel Джошуа Смит (Joshua R. Smith) и физик Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) Марин Сольячич (Marin Soljacic) представили систему беспроводной передачи электроэнергии. Она основана на феномене резонансной электромагнитной индукции. Теоретическая база разработана сотрудниками MIT, а совместно с исследователями Intel проект, получивший обозначение WiTricity (Wireless Electricity - беспроводное электричество), доведен до воплощения в "железе".
Установка представляет собой две антенны (диаметр основной антенны составляет чуть более полуметра), выполненные, по всей видимости, из меди, одна из которых создает в пространстве около себя электромагнитное поле, индуцирующее переменный электрический ток в контуре второй антенны. Надо сказать, что даже первые прототипы системы впечатляют своими характеристиками - в ходе демонстрации исследователи передавали электроэнергию, которой хватало для работы 60-ваттной лампочки, на расстояние от 0,6 до 1,0 метра. КПД - около 75 %. В случае беспроводной передачи электроэнергии на расстояние до нескольких метров КПД установки заметно падает - до 50 %. Но даже в этом случае установку WiTricity можно использовать, например, для подзарядки аккумуляторов ноутбука, мобильного телефона, плейера и пр.
Профессор химии Гарри Дорн (Harry Dorn) предложил использовать фуллерен C80, внутри которого находится два иона иттрия, редкоземельного металла. При замене одного атома углеродного каркаса на заряженный атом азота заряд может переходить к атомам иттрия. Образуется пара с одноэлектронной связью, обладающей уникальными спиновыми свойствами, которыми учеными могут относительно легко манипулировать.