Prvi podmorski optički kabel preko Atlantika, postavljen 1988., imao je kapacitet od 20 megabita ili 40.000 telefonskih poziva, u dva para vlakana. Poznat kao TAT 8, došao je baš na vrijeme da podrži razvoj World Wide Weba. Najnovija generacija podmorskih kabela nosi 22 terabita u svakom od 16 parova vlakana. To je milijun puta veći kapacitet od TAT-a 8, ali nedovoljno da zadovolji potražnju za streamingom TV-a, videokonferencijama i drugom globalnom komunikacijom.

A sada je tim australskih, japanskih, nizozemskih i talijanskih istraživača postavio novi brzinski rekord za industrijsko standardno optičko vlakno, postigavši ​​1,7 petabita na vlaknu duljine 67 km. Vlakno koje sadrži 19 jezgri od kojih svaka može prenijeti signal, zadovoljava globalne standarde veličine, čime se osigurava korištenje bez velikih promjena infrastrukture. Pritom se koristi manje digitalne obrade, što uvelike smanjuje potrebnu snagu po prenesenom bitu.

Vlakna su razvili Japanski nacionalni institut za informacijsku i komunikacijsku tehnologiju (NICT) i tvrtka Sumitomo Electric Industries, a posao je izveden u suradnji s Tehnološkim sveučilištem Eindhoven, Sveučilištem L'Aquila i Sveučilištem Macquarie, gdje je i izrađen kompaktni stakleni čip s uzorkom vodiča valova urezanim u njega tehnologijom 3D laserskog ispisa. On omogućuje dovod signala u 19 pojedinačnih jezgri vlakna istovremeno uz ujednačene niske gubitke. Rezultati ovog eksperimenta objavljeni su u zborniku 46. konferencije o komunikaciji s optičkim vlaknima.

Rastezljiva elektronika za organe na čipu

Inženjeri Sveučilišta Novog Južnog Walesa (UNSW) otkrili su način za stvaranje fleksibilnih elektroničkih sustava na ultratankim materijalima nalik koži. To rastezljivim 3D strukturama omogućuje da rade poput poluvodiča i moglo bi smanjiti potrebu za testiranjem na životinjama, što će takozvanu tehnologiju organa na čipu učiniti učinkovitijom. Ova bi se tehnologija, predstavljena u časopisu Advanced Functional Materials, mogla koristiti u nosivim sustavima za praćenje zdravlja ili implantabilnim biomedicinskim aplikacijama, poput sustava za upozoravanje na epileptički napad. 

Proces izrade uključuje korištenje litografije za izradu poluvodiča sa širokim pojasnim razmakom kao što su silicijev karbid i galijev nitrid na vrlo tanke i fleksibilne nanomembrane na polimernoj podlozi. Te poluvodičke membrane nude funkcije senzora, snimanja i stimulacije, čak i dok su istegnute i uvijene u bilo koji zamislivi 3D oblik. Zbog toga bi mogle postati važna komponenta tehnologije organa na čipu, koji uključuje stvaranje minijaturnih verzija ljudskih organa na sićušnim čipovima.

Istraživači vjeruju da bi se njihovo rješenje moglo komercijalizirati u sljedećih tri do pet godina, a materijal žele dodatno poboljšati i u njega integrirati mogućnosti poput bežične komunikacije. U sljedećih desetak godina namjeravaju razviti i implantabilni biomedicinski uređaj u kojem električni sustav može pratiti i utjecati na signale neurona u stvarnom vremenu. Jedan od ključnih izazova bit će rješavanje pitanja napajanja takvog sustava. Istraživači UNSW-a stoga pokušavaju razviti spojni sustav magnetske rezonancije koji bi se mogao integrirati s 3D elektroničkim membranama širokog pojasa za bežični prijenos energije kroz tijelo putem vanjske antene.

Mixmoard, UI aplikacija za glazbene mikseve

Mixboard je nova aplikacija za tablete koja korisnicima bez glazbenog ili producentskog iskustva omogućuje stvaranje pjesama po želji. Aplikacija, osmišljena u Centru za glazbenu tehnologiju Georgia Techa, uz pomoć umjetne inteligencije pronalazi izvođače koje korisnik sam možda nikad ne bi upario i pronalazi najbolje dijelove pjesama za kombinaciju. Njihov uradak predstavljen je na nedavnoj Međunarodnoj konferenciji o novim sučeljima za glazbeno izražavanje NIME 2023.

Aplikacija koristi glazbene biblioteke za dohvaćanje informacija otvorenog koda za određivanje tempa pjesme, tonaliteta i glazbenih korijena, što pomaže rastaviti pjesmu na pojedinačne mikseve. Algoritam može rastegnuti zvuk kako bi odgovarao tempu ili transponirati tonove kako bi osigurao da su obje pjesme u istom tonalitetu. Korisnici povlače i ispuštaju do četiri pjesme iz glazbene arhive u segmente vokala, basa, akorda i bubnja, u dužini do 32 takta. Iskustvo je vizualno i omogućuje korisnicima da prate kako aplikacija miješa njihove izbore pjesama, renderirajući ih u samo nekoliko sekundi. Gotovi miksevi mogu se preuzeti i podijeliti s drugima.

Trening strojeva za stvarni svijet

Istraživači MIT-a i Izraelskog instituta za tehnologiju Technion razvili su prilagodljivi algoritam koji optimizira strojno učenje kombiniranjem imitacije i podržanog učenja (reinforcement learning). Algoritam autonomno odlučuje kada treba slijediti ili odstupiti od modela učitelja, poboljšavajući učinkovitost i djelotvornost obuke. Na taj bi se način mogla poboljšati obuka za složene zadatke i potencijalno koristiti s većim modelima kao što je GPT-4 za obuku manjih modela usmjerenih na zadatak.

Ovaj dinamički pristup omogućuje učeniku da odstupi od kopiranja učitelja kada je učitelj predobar ili nedovoljno dobar, ali i da se vrati na praćenje učitelja u kasnijoj točki procesa obuke ako bi time postigao bolje rezultate i brže učio. Ova bi metoda mogla pomoći istraživačima da poboljšaju proces obuke za strojeve koji će biti raspoređeni u neizvjesnim stvarnim situacijama, poput robota koji se trenira za navigaciju unutar zgrade koju nikada prije nije vidio.

"Ova kombinacija učenja putem pokušaja i pogrešaka i praćenja učitelja vrlo je moćna. Našem algoritmu daje mogućnost rješavanja vrlo teških zadataka koji se ne mogu riješiti uporabom bilo koje tehnike zasebno", naglašavaju autori rada koji će biti predstavljen na Međunarodnoj konferenciji o strojnom učenju ICLR 2023.

Robot, stručnjak za latte art

Ljudi svakodnevno barataju različitim vrstama tekućina, ali to je najčešće nedostižan cilj za trenutne robotske sustave. Postoji roboti koji će vam bez prolijevanja donijeti vaš cappuccino, ali pronaći robota koji će se upustiti u izvedbu latte arta i sam ulijevati mlijeko u espresso, e to već mogao biti malo teži zadatak. No, tu na scenu stupa FluidLab. Novi alat Laboratorija za računalnu znanost i umjetnu inteligenciju (CSAIL), poboljšava učenje robota složenih zadataka manipulacije tekućinom poput izrade latte arta ili sladoleda. FluidLab podržava modeliranje čvrstih, tekućih i plinovitih objekata, uključujući elastične, plastične, krute objekte te dim i zrak. 

U središtu FluidLaba nalazi se FluidEngine, fizički simulator koji besprijekorno izračunava i simulira različite materijale i njihove interakcije, koristeći snagu grafičkih procesorskih jedinica (GPU) za bržu obradu. Motor je "diferencijalan", što znači da simulator može uključiti znanje fizike za realističniji fizički model svijeta, što dovodi do učinkovitijeg učenja i planiranja za robotske zadatke. 

GPU-ovima pomaže Taichi, jezik specifičan za domenu ugrađen u Python. Sustav može izračunati gradijente za različite vrste materijala i njihove međusobne interakcije. Ove precizne informacije mogu se koristiti za fino podešavanje pokreta robota. Platforma je javno dostupna, a istraživači se nadaju da će koristiti budućim studijama u razvoju boljih metoda za rješavanje složenih zadataka manipulacije tekućinom.

Umjetni virus za poboljšanje zdravlja

Međunarodni istraživači osmislili su umjetne čestice nalik virusima koje mogu ući u ljudske stanice kako bi obavljale zadatke poput uređivanja gena. U dokaznoj studiji koncepta, predstavljenoj u časopisu Nature Communications, koristili su bakteriofag T4, vrstu virusa koji inficira bakterije kako bi izradili umjetne virusne vektore ili AVV-ove. Njihova je prednost to što imaju veliki unutarnji prostor za prijenos materijala i veliku površinu za programiranje i isporuku biomolekula. 

AVV-ovi su uspjeli uspješno isporučiti gen za distrofin pune duljine u ljudske stanice u laboratoriju i izvesti različite molekularne operacije za remodeliranje ljudskog genoma. Dobra je vijest i to što se AVV-ovi mogu proizvesti jeftino, s visokim prinosom, a utvrđeno je i da nanomaterijali ostaju stabilni nekoliko mjeseci. Iako će još trebati poraditi na procjeni njegove sigurnosti, tim kaže da bi se ova tehnologija mogla koristiti za kliničko liječenje mnogih ljudskih bolesti i poremećaja.

Električna stimulacija potiče rad mozga

Psiholozi i neuroznanstvenici već desetljećima istražuju načine na koji bi poboljšali mentalne sposobnosti ljudi. Nova istraživanja pokazuju da bi stimulacija mozga mogla pomoći u jačanju mentalnih funkcija. Naime, u Reinhart Labu Sveučilišta u Bostonu ispituju učinke transkranijalne stimulacije izmjeničnom strujom (tACS) na različite mentalne funkcije kod pacijenata i zdravih ljudi.

Tijekom ovog postupka ljudi nose elastičnu kapu s ugrađenim elektrodama koje isporučuju slabe električne struje koje osciliraju na određenim frekvencijama. Primjenom ovih kontroliranih struja na određene regije mozga, moguće je promijeniti aktivnost mozga guranjem neurona da se ritmički aktiviraju. Istraživanja sugeriraju da moždane stanice učinkovito komuniciraju kad koordiniraju ritam svog aktiviranja. Uz to, ovi ritmički obrasci moždane aktivnosti pokazuju izrazite abnormalnosti tijekom neuropsihijatrijskih bolesti. Svrha tACS-a je izvanjsko poticanje ritmičke aktivnosti mozga koja promiče zdravu mentalnu funkciju, osobito kad mozak ne može sam proizvesti te ritmove.

Međutim, tACS je relativno nova tehnologija i još uvijek nije sasvim jasno kako ona funkcionira. Stoga su istraživači proveli meta-analizu više od stotinu studija koje koriste tACS za promjenu mentalnih funkcija. Trenutačni statistički dokazi sugeriraju da tACS obećava, a poboljšanja u njegovom dizajnu mogla bi mu pomoći da proizvede snažnije i dugotrajnije promjene u mentalnoj funkciji, zaključuju istraživači u radu koji objavljuje Nature.

Infracrvena leća za termalno snimanje

Toplinske i infracrvene slike koriste se u mnogim primjenama, uključujući obranu, sigurnost i nadzor, medicinu, elektrotehniku, istraživanje svemira i autonomni rad vozila. Problem je što su potrebni materijali skupi i sve ih je teže pronaći. No, sad su istraživači Sveučilišta Flinders otkrili novi jeftini materijal od kojeg se mogu napraviti leće za termalno snimanje, što ukazuje na nove napredne proizvodne primjene ove moćne tehnologije.

Rješenje Flindersovih kemičara i fizičara razvijeno je u potpuno novom polimernom materijalu, napravljenom od sumpora i ciklopentadiena. Sumpor se proizvodi u milijunima tona u rafiniranju nafte, a milijarde tona dostupne su u geološkim naslagama. Poput sumpora, i ciklopentadien se dobiva iz jeftinih materijala proizvedenih u rafiniranju nafte. Ti polimeri visokih performansi imaju jedinstvenu sposobnost propuštanja infracrvenog svjetla, jednostavni su za izradu i ne koštaju puno, piše Advanced Optical Materials. To bi pak moglo proširiti upotrebu toplinskih slika na nove industrije, dosad ograničenu visokim cijenama germanijskih ili halkogenidnih leća. 

Inovativni sustav morsku vodu pretvara u gorivo

Koktel elemenata u morskoj vodi, uključujući vodik, kisik, natrij i druge, neophodan je za život na Zemlji. Međutim, ovaj zamršeni kemijski sastav predstavlja izazov pri pokušaju odvajanja plinovitog vodika za primjenu održive energije. No, sad su istraživači okupljeni oko američkog Nacionalnog akceleratorskog laboratorija SLAC otkrili metodu ekstrakcije vodika iz oceana. To su postigli usmjeravanjem morske vode kroz dvostruki membranski sustav i struju. 

Dok drugi sustavi voda-vodik pokušavaju koristiti jednoslojnu membranu, ovaj bipolarni koncept objedinjuje dva sloja. Takva arhitektura membranske omogućava kontrolu načina kretanja iona u morskoj vodi. Dvoslojni membranski sustav testiran je elektrolizom, a dizajn se pokazao uspješnim u kontroli najštetnijeg elementa za sustav morske vode – klorida.

Natrijev klorid čini morsku vodu slanom i ometa reakciju vode u vodik. Klorid koji dospije do anode i oksidira smanjuje životni vijek sustava elektrolize i postaje nesiguran zbog toksične prirode oksidacijskih proizvoda koji uključuju molekularni klor i izbjeljivač. Bipolarna membrana pak omogućuje uvjete potrebne za stvaranje vodika i sprečava prodor klorida.

Ovaj inovativni dizajn pokazao se uspješnim u stvaranju plinovitog vodika bez velikih količina štetnih nusproizvoda, a rezultati studije, objavljene u časopisu Joule, mogli bi potaknuti proizvodnju goriva s niskim udjelom ugljika.