Новости мира

Аппарат Nike+ FuelBand, измеряющий физические усилия, которые затрачивает его владелец в течение всего дня, создан компанией Nike совместно с учёными из Аризонского университета (ASU). Этот браслет оснащён встроенным трёхосным акселерометром, фиксирующим все перемещения запястья круглые сутки. Браслет, по идее, должен подталкивать лентяев к большей подвижности, а занятым фитнесом или спортом — помогать дозировать нагрузки.

Может показаться, что этих данных слишком мало, чтобы достоверно судить о физических нагрузках. Но специалисты разработали алгоритм, благодаря которому электроника по типичным профилям ускорений распознаёт ходьбу и бег, танцы и прыжки, подъём по лестнице или переноску сумок, интенсивные тренировки в спортзале и так далее.

Чтобы уловить такое соответствие, исследователи поручили 30 добровольцам выполнять самые разнообразные действия. Каждый вид движений повторялся восемь минут. После небольшого отдыха следовали новые упражнения. При этом испытуемые носили браслет, а в дополнение к нему — портативный измеритель уровня поглощаемого кислорода.

Полученные формулы пересчёта ускорений в нагрузки, возможно, не идеальны. Но, по словам авторов разработки, небольшие неточности, которые прибор может допустить во время измерений (недооценка или переоценка затрат), в течение дня компенсируют друг друга. Потому итог получается вполне похожим на истину. Кстати, браслет обнуляет показания каждую полночь.

Текущий результат браслет отражает несколькими способами. Его экран из 100 белых светодиодов демонстрирует один из чётырёх показателей: время суток, пройденные шаги, потраченные калории и специально введённую единицу NikeFuel. Последняя представлена как универсальная мера активности человека, она не зависит от пола или веса, а просто суммирует интенсивность движений. Именно она-то, по замыслу Nike, должна побуждать хозяина прибора лишний раз подняться по лестнице, вместо того чтобы воспользоваться лифтом. Кроме того, владелец браслета может заранее задать желаемый уровень нагрузок на текущий день. Это пригодится и обычному человеку, едущему в офис, и спортсмену, который отправился на тренировку.

По мере того как набранные очки будут приближаться к заветной планке, на краю браслета начнёт расти полоска из 20 цветных светодиодов. Сигнализация переходит от красного к жёлтому и зелёному. Для записи достижений в архив и отражения графика активности в течение дня Nike+ FuelBand оснащён портом USB и Bluetooth. Аппарат не просто сбрасывает сведения на персональный компьютер, а способен через него синхронизироваться с личной страничкой владельца на сайте Nike+. Кроме того, браслет дружит с планшетником iPad, плеером iPod Touch и смартфоном iPhone.

Испытавшие новинку корреспонденты Wired утверждают, что браслет удобен и его просто перестаёшь замечать.

Американская компания CamelBak Products выпустила в продажу бутылку All Clear, в крышку которой встроены ультрафиолетовая лампа и сопутствующая электроника. По нажатию на кнопку вода в ёмкости проходит полную микробиологическую очистку за 60 секунд. Как сообщает DVICE, бутылка All Clear вмещает 0,75 литра. Набрав воды, нужно закрыть крышку, нажать на кнопку и удерживать её пару секунд для включения УФ-лампы. Обратный отсчёт до окончания очистки отображается на ЖК-дисплее.

На экране также показывается состояние литиево-ионных аккумуляторов. Двух батареек должно хватать на 80 с лишним очисток (примерно три бутылки в день на протяжении месяца), после чего их нужно зарядить через идущий в комплекте USB-кабель. По информации сайта Gizmag, устройство All Clear рассчитано на 10 000 циклов, что означает очистку 3 литров воды в день на протяжении почти семи лет.

Закон сохранения новичок не нарушает, поскольку в подсчёте его эффективности имеется одна хитрость. Тем не менее, твердотельное устройство продемонстрировало работу в режиме, выходящем далеко за пределы привычной конверсии электрического тока в свет.

Учёные из лаборатории электроники (Research Lab of Electronics) Массачусетского технологического института, сообщает Physical Review Letters, построили светодиод, показавший так называемую излучательную (или «розеточную») эффективность (wall-plug efficiency) в 230%! (Под ней подразумевается отношение мощности излучения к мощности подводимого из сети тока.)

В основе новый прибор работает аналогично обычным светодиодам. Упрощённо говоря, внешнее возбуждение (от источника напряжения) порождает в полупроводниковом устройстве пары электрон-дырка, которые время от времени рекомбинируют, генерируя фотоны. Но если в предыдущих примерах ультраэффективных светодиодов исследователи пытались повысить вероятность такой рекомбинации, то в новом устройстве физики пошли иным путём. Они воспользовались нагревом, чтобы увеличить суммарное количество энергии, обращаемой в свет.

Таким образом, диод из MIT конвертирует в излучение не только ток из розетки, но ещё и добавочное тепло от кристаллической решётки. И при прямом подсчёте розеточного КПД он оказывается намного выше единицы. Правда, столь странный комбинированный режим работы оказался достижим только на очень низком уровне излучения, а также при малых значениях тока и напряжения.

По расчётам авторов проекта, поясняет PhysOrg.com, эффективность данного устройства обратно пропорциональна мощности. И важно, что при снижении напряжения на контактах потребляемая мощность у такого диода падает намного быстрее (квадратично), чем мощность излучения (та падает линейно). Так опытный светодиод, нагреваемый до определённой температуры (а она в опыте варьировалась), потреблял из сети 30 пиковатт, но при этом выдавал в виде света 69 пиковатт.

Одновременно наблюдалось небольшое охлаждение прибора (закон сохранения обмануть нельзя). Очевидно, в некотором отношении устройство можно сравнить с термоэлектрическим элементом или тепловым насосом, только работающим за счёт движения электронов.

Создатели прибора полагают, что его развитие может привести к появлению светодиодных светильников, не создающих в ходе работы избыточного тепла, или к новым методам охлаждения микросхем.

Преобразователь под названием Amrita Smart создали учёные из индийского центра нанонауки и молекулярной медицины (ACNSMM). По словам разработчиков, это первые в мире устройства, в которых непосредственно интегрированы фотоэлектрические ячейки и накопители электричества. Новинка призвана сглаживать неравномерность в выработке солнечной энергии. Она может питать потребителей даже ночью. Общая идея проекта сходна с принципом японской разработки 2004 года – фотоконденсатором, собирающим энергию солнечных лучей. В панели Amrita Smart установлены фотогальванические элементы, под которыми находятся суперконденсаторы.

Один из авторов прибора, Шантикумар Наир (Shantikumar Nair), рассказывает: «Продукт может удовлетворить потребность дома в электричестве и способен хранить энергию до семи дней. Это может быть особенно полезно в облачную или дождливую погоду».

Устройства могут зарядить ноутбук или смартфон после пребывания на солнце в течение всего четырёх часов. Вес таких панелей составляет порядка 200 граммов. Более крупные версии Amrita Smart в дальнейшем могут быть выпущены в виде «солнечной черепицы», утверждают индийцы. Они помогут упростить «солнечное питание» дома за счёт отказа от отдельных аккумуляторов.

Необычный стационарный аккумулятор, в котором все ключевые компоненты представляют собой горячий расплав металлов и солей, был придуман Дональдом Сэдовеем (Donald Sadoway) и его коллегами из Массачусетского технологического института (MIT) три года назад. Тогда существовали лишь скромные лабораторные образцы, которым предстояло пройти долгий путь совершенствования. Теперь, как сообщает Journal of the American Chemical Society, Сэдовей и его коллеги скорректировали схему и протестировали очередной прототип. Учёные проверили, как устройство выдерживает серию многочасовых циклов заряда-разряда при высоких нагрузках от 50 до 200 мА/см2.

Напомним, что в таком аккумуляторе находятся три слоя расплавов, разделённые между собой исключительно за счёт разной плотности. Верхний слой – это магний (анод), средний – солевой электролит (в последней вариации батареи это MgCl2–KCl–NaCl), нижний – сурьма плюс магний (катод). Рабочая температура устройства – 700 градусов Цельсия. При больших размерах батареи (а её предлагают использовать в стационарном амплуа) токи, протекающие через расплавы при заряде и разряде, достаточны для поддержания нормальной температуры начинки.

По мере накопления энергии магний за счёт электрического тока извлекается из расплава магний-сурьма и в виде ионов переходит на анод, где забирает электроны и превращается в нейтральный металл. При разряде этот же элемент отдаёт электроны и путешествует в обратном направлении. Соответственно меняется толщина основных слоёв.

В такой батарее твёрдыми остаются лишь корпус, изоляторы и электрические выводные контакты (токоприёмники). Это означает, что новинка не боится очень больших токов и потенциально обладает высокой живучестью и отказоустойчивостью. Но это в теории. На практике всё оказалось не так однозначно.

Во-первых, опыт подтвердил стойкость выбранных деталей, несмотря на высокую температуру и агрессивную среду. Более 30 циклов в течение двух недель не привели к каким-либо признакам коррозии твёрдых компонентов (а их искали даже при помощи микроскопии и ряда других методов анализа). Во-вторых, авторы батареи определили, что она обладает энергетической эффективностью в 69%. А в-третьих, через несколько недель постоянных циклов опытная батарея вышла из строя. Причина — испарение солевого электролита. Но изобретатели считают, что эта проблема может быть решена путём пересмотра конструкции корпуса.

По словам учёных, магниево-сурьмяная батарея на жидких металлах (Magnesium–Antimony Liquid Metal Battery), так она называется полностью, интересна своей низкой стоимостью и способностью выдавать в сеть большую мощность. Потому на основе таких аккумуляторов можно с низкими затратами строить крупномасштабные накопители энергии.

Компания NEC «вырастила» аккумулятор на одной плате с электроникой. Разработчики устройства полагают, что оно пригодится в смарт-картах следующего поколения — со встроенным экраном и расширенными функциями, а ещё пригодится в электронных книгах и бесконтактных ключах.

Новый накопитель насчитывает в толщину всего 0,3 миллиметра. Он представляет собой дальнейшую эволюцию батарей на органических радикалах (organic radical battery — ORB), первые образцы которых NEC продемонстрировала ещё в 2005 году.

В таких аккумуляторах ключевым элементом является катод из органического полимера-радикала. В процессе заряда и разряда в нём идут окислительно-восстановительные реакции.

Диапазон применений новинки широк – от банковских карт до карманных приборов, портативных датчиков, электронных книг и даже элементов одежды с микросхемами и светодиодами.

NEC отработала процесс последовательного нанесения материалов анода, сепаратора и катода непосредственно на электронную печатную плату. Тонкий защитный слой из алюминия и полимера позволил достичь небольшой суммарной толщины изделия. При этом новая батарея оказывается совмещенной с микросхемами и антеннами. При стандартной толщине смарт-карт в 0,76 миллиметра в них сложно разместить достаточно ёмкий источник питания. Новая модель ORB подходит для такой операции идеально.

Японцы сообщают, что аккумулятор при толщине 0,3 мм и поперечнике в тройку сантиметров обладает номинальной ёмкостью 3 мА-ч и плотностью мощности в 5 кВт/л. Будучи встроенной в электронную бумагу, такая батарея позволит выполнить на одной зарядке 2000 обновлений экрана. А в ультратонких фотоаппаратах этого же запаса энергии должно хватать на 360 срабатываний вспышки, утверждает NEC.

По сравнению с предыдущими образцами ORB новая версия продемонстрировала лучшую живучесть. Новинка способна сохранять 75% своей начальной ёмкости после 500 циклов заряда-разряда, передаёт PhysOrg.com. Это уже сопоставимо с обычными литиевыми аккумуляторами.

Создать струны для скрипки из паутины удалось профессору Сигеёси Осаки (Shigeyoshi Osaki) из медицинского университета Нары (Nara Medical University). Инструмент с новыми струнами, по словам специалистов, продемонстрировал «мягкий и глубокий тембр» звучания. Некоторые скрипачи даже заговорили о «новой музыке».

Изобретатель уже 35 лет работает над изучением паучьего шёлка и технологией масштабного получения из него прочных нитей. Он считает, что подобные природные волокна потенциально могут оказаться интересным материалом для бронежилетов или хирургических нитей. Однако никто ещё, кажется, не додумывался сделать из паутинок струны для музыкального инструмента.

Осаки воспользовался помощью 300 паучих Nephila maculata, выращенных в неволе. Нити от них японец сплетал в пучки по 3000 и 5000 штук. Из трёх таких пучков, закрученных уже в противоположном направлении, создавались собственно струны для скрипки. Испытания прочности на разрыв показали, что «паучьи» струны выдерживают несколько меньшее напряжение, чем редкие струны из кишок, но зато намного большее, чем распространённые струны из нейлона с алюминиевым покрытием.

Изучение среза струн под электронным микроскопом показало, что у них есть важное отличие от аналогов. В то время как в обычных струнах сплетаемые волокна сохраняют круглую форму, оставляя много пустого пространства между собой, паучьи нити приобрели форму многоугольников, плотно собравшись вместе. По словам Сигеёси, это один из важных факторов, придающих новым струнам не только прочность и упругость, но и специфическое звучание (специфические обертона), которое музыканты легко могут отличить на слух.

О своём достижении Осаки рассказал в Physical Review Letters, отметив, что опыт со струнами поможет продвинуть эксперименты в области необычных материалов вообще.

Учёные из исследовательской лаборатории ВВС США (AFRL) испытали оригинальный метод обработки шёлковой ткани. Новинка успешно уничтожает бактерии, сообщается в статье, опубликованной в ACS Applied Materials & Interfaces. По мнению создателей, из такой ткани можно создавать защитные занавесы, призванные сократить риск заражения при террористической биологической атаке. Также этот материал можно будет использовать в качестве основы антимикробных фильтров.

Исследователи помещали ткань в раствор хлорной извести в слегка кислой (рН 5) среде на час с лишним. Далее ткань промывали водой и сушили. Получался «хлораминовый шёлк», обладающий сильными окислительными свойствами. Проверка дезинфицирующей способности новой ткани показала, что за 10 минут контакта она уничтожает 99,99996% колониеобразующих единиц кишечной палочки, а также клетки и споры микроба Bacillus Thuringiensis — близкого родственника Bacillus anthracis, возбудителя сибирской язвы. B. Thuringiensis используется в опытах как имитатор смертельно опасного микроорганизма.

Последнее свойство «хлораминового шёлка» очень важно, поскольку в форме спор бактерии сибирской язвы хорошо противостоят теплу, антибиотикам и даже радиации.

Когда из древесины извлекли целлюлозу, идущую на производство бумаги, остается коричневая или чёрная жидкость. Этому невзрачному продукту, богатому лигнином, и нашли новое применение учёные из Польши и Швеции. На страницах Science они утверждают, что целлюлозно-бумажные комбинаты могут поставлять дешёвое сырьё для построения электрических аккумуляторов.

Гжегож Милчарек (Grzegorz Milczarek) из Познаньского технологического университета (Politechnika Poznańska) и Олле Инганес (Olle Inganäs) из университета Линчёпинга (Linköping University) разработали катод для электрохимической батареи, основанный на биополимере лигнине, побочном продукте производства бумаги. Экспериментаторы сконструировали свой необычный электрод, объединив производные лигнина, содержащие группы хинонов, с электропроводящим полипирролом (polypyrrole). Новаторы показали, что такой полимерный композит, выполненный в виде плёнки толщиной 0,5 мкм, способен накапливать и отдавать энергию в ходе окислительно-восстановительных реакций. При этом при заправке и работе данной батареи хиноны обмениваются с полипирролом электрическими зарядами.

Учёные говорят, что пока батареи из лигнина не могут похвастать выдающимися параметрами, к тому же они обладают высоким саморазрядом. Но авторы работы обнаружили, что разные производные лигнина по-разному ведут себя в таких катодах. Так что дальнейшие эксперименты могут привести к улучшению свойств диковинного накопителя. Главным же его достоинством разработчики считают доступность сырья. «Лигнин составляет 20-30% биомассы дерева, стало быть, это источник, который никогда не закончится», — напоминает Инганес.

Любой ветрогенератор нуждается в регулировании работы. Оно необходимо для максимальной отдачи при малых скоростях ветра и предотвращения повреждений ротора при сильных потоках. Производится регулировка за счёт изменения угла атаки лопастей, электромагнитной коррекции момента на валу генератора, включения тормозной системы.

Обычно при составлении программы управления в неё закладывается сложная цифровая модель поведения турбины. А поскольку динамика ротора в условиях хаотичных внешних возмущений далеко не линейна, этот подход приводит к большим неточностям в управляющих действиях. В результате установка производит меньше энергии, чем могла бы.

Китайские исследователи, сообщает Journal of Renewable and Sustainable Energy, предложили иной вариант. В их системе турбина запоминает свой прошлый опыт управления и использует его для оценки текущей ситуации и определения новых действий. Так отпадает необходимость в наличии чрезмерно сложной модели отклика ротора на те или иные воздействия среды. Система просто самообучается по ходу работы.

Пока это было лишь численное моделирование. И всё же в нём контроллер на основе памяти сначала показывал плохие результаты, но вскоре «понял», как лучше действовать. Он получал очень высокую отдачу от генератора при ветре ниже, чем номинальный для расчётного ветряка, и стабильно держал номинальную мощность при ветре большем, чем «паспортный».