Sveučilište u Chicagu upravo je od američkog Nacionalnog instituta za zdravlje (NIH) primilo četiri milijuna dolara kako bi tamošnji bioinženjeri što prije dovršili projekt koji bi trebao pomoći stotinama tisuća žena s rakom dojke. Naime, oni razvijaju "bioničke grudi" koje bi mogle vratiti osjećaj osobama koje su bile podvrgnute mastektomiji i rekonstruktivnim operacijama. 

Nova bionička dojka ugrađivala bi se u kožu prsnog koša, a inspiraciju crpi iz tehnologije razvijene za vraćanje osjeta pacijentima s protetskim rukama. Ideja je da se ispod kože rekonstruirane dojke ugrade senzori za umjetni pritisak. Kada su stimulirani pritiskom, ti senzori šalju signale implantiranim elektrodama ispod ruke koje zauzvrat stimuliraju živce koji prolaze između rebara i signale prenose u mozak, gdje se oni tumače kao osjet.

U Chicagu su se već okušali u izradi bioelektroničkih uređaja koji se povezuju s ljudskim tijelom, poput rastezljivog OLED zaslona i biosenzorskih tranzistora koji se mogu lijepiti na unutarnje organe poput trake. Sada su težište bacili na razvoj senzora umjetnog tlaka od mekanih, fleksibilnih polimernih materijala koji bi bili slični tkivu dojke i proučavaju načine kako da senzori ne izazovu štetan imunološki odgovor nakon što se ugrade u tijelo. 

Robot nježnog dodira 

Kineski istraživači okupljeni oko Južnog sveučilišta znanosti i tehnologije u Shenzhenu (SUSTech) razvili su senzor koji može prepoznati fine teksture tkanine kao što su samt i vuna s visokom rezolucijom, slično ljudskom otisku prsta. Ovaj fleksibilni senzor, opisan u Nature Communications, oponaša značajke ljudskog otiska prsta i omogućuje sustavu da prepozna male značajke na površinskim teksturama prilikom dodirivanja ili klizanja senzora preko površine. U kombinaciji sa strojnim učenjem, senzor je mogao identificirati fine teksture 20 različitih tkanina uključujući keper, samt, vunu, lan, najlon, poliester i druge materijale s točnošću do 100%.

Buduća bi istraživanja mogla poboljšati sposobnosti osjeta robota, senzornog oporavka pacijenata koji nose umjetne proteze, virtualne stvarnosti temeljene na dodiru i potrošačke elektronike, predlažu kineski istraživači.

Snažni laser na vrhu prsta

Ultrabrzi laseri sa zaključanim načinom rada generiraju iznimno kratke svjetlosne impulse reda veličine femtosekundi ili pikosekundi pa se koriste u optičkim atomskim satovima i računalima koja koriste svjetlost za izračunavanje i obradu podataka. Međutim, kako su ovi laseri notorno veliki i skupi, na Gradskom sveučilištu u New Yorku napravili su verziju koja stane na vrh prsta ili, još praktičnije, na mali, nanofotonski čip.

Istraživači namjeravaju razvijati ovu tehnologiju, opisanu u časopisu Science, sve dok ne postignu impuls od 50 femtosekundi. To bi bilo stostruko poboljšanje u odnosu na trenutne uređaje koji proizvode impulse duljine 4,8 pikosekundi. To bi pak omogućilo upotrebu mobitela za dijagnosticiranje očnih bolesti ili analizu hrane i okoliša na E. coli i opasne viruse te omogućiti futurističke atomske satove na razini čipa koji omogućuju navigaciju kada je GPS nedostupan.

Kvantno čudo: atomski ples pretvara kristal u magnet

Istraživači Sveučilišta Rice otkrili su da kiralni fononi u kristalu mogu magnetizirati materijal, usklađujući spinove elektrona na način sličan učinku jakog magnetskog polja. Ovo otkriće dovodi u pitanje ustaljene predodžbe u fizici, posebice koncept simetrije obrnutog vremena, i utire put naprednom istraživanju kvantnih materijala.

Prema studiji objavljenoj nedavno u časopisu Science, izlaganje cerijevog fluorida ultrabrzim pulsevima svjetlosti šalje njegove atome u ples koji trenutno uključuje vrtnju elektrona i uzrokuje njihovo usklađivanje s rotacijom atoma. Istraživači vjeruju da nam kvantitativno mjerenje magnetskog polja kiralnih fonona može pomoći u razvoju eksperimentalnih protokola za proučavanje nove fizike u dinamičkim materijalima. Njihov je cilj, kažu, izraditi materijale koji ne postoje u prirodi putem vanjskih polja kao što su svjetlost ili kvantne fluktuacije.

Ipak neka korist od buke

Dar sluha možete izgubiti pod utjecajem glasnih strojeva i druge očite buke, ali i od preglasnog razglasa na kakvom koncertu. Kako apsorbirati višak zvuka i neželjene zvučne valove iskoristiti za stvaranje električne energije, tema je rada Tehnološkog instituta Ramaiah u Bangaloreu, objavljenog u časopisu Physics of Fluids.  

Indijci su se usredotočili na zatvorene prostore poput kazališta i koncertnih dvorana i izradili sustav piezoelektričnih senzora koji se mogu ugraditi u zidove, podove i stropove kako bi apsorbirali zvučne valove i skupljali njihovu energiju. Kako bi dizajnirali optimalan sustav za hvatanje zvučnih valova u zatvorenim prostorima, autori su koristili računalne simulacije za fino podešavanje varijabli uključujući napon potreban za napajanje glavne komponente uređaja, frekvenciju i intenzitet ulaznog zvuka te piezoelektrične senzore testirane paralelno i serijske konfiguracije.

Robotski mišići pretvaraju električnu energiju u pokret

Poput ljudskih mišića, aktuatori pretvaraju energiju u fizičko kretanje, ali su dosad bili nekompatibilni s većinom modernih aplikacija. Istraživači Scuole Superiore Sant'Anna odlučili su zauvijek promijeniti način na koji se aktuatori koriste i značajno proširiti načine njihove primjene. Osmislili novu tehniku koja omogućuje precizno praćenje sile u ovim uređajima, značajno poboljšavajući njihov rad i produžujući razdoblje u kojem mogu funkcionirati.

Konstruirali su i uspješno upravljali raznim umjetnim mišićima, optikom s promjenjivim gradijentom i zaslonima osjetljivim na dodir koristeći kombinacije materijala. Osim poboljšanja funkcionalnosti, istraživanje predstavljeno u časopisu Nature Electronics omogućuje prepoznavanje kombinacija materijala koje mogu smanjiti potrošnju energije i do tisuću puta.

Rashladni keramički materijal

Istraživači Gradskog sveučilišta u Hong Kongu (CityU) razvili su rashladnu keramiku koja postiže optička svojstva visokih performansi za generiranje hlađenja bez energije i rashladnog sredstva. Smanjenjem toplinskog opterećenja zgrada i pružanjem stabilnih performansi hlađenja u svim klimatskim uvjetima, ova hijerarhijski strukturirana pasivna radijativna rashladna keramika s visokom solarnom refleksijom, predstavljena u časopisu Science, povećava energetsku učinkovitost i bori se protiv globalnog zatopljenja.

Keramika za hlađenje izrađena je od aluminijevog oksida koji osigurava željenu degradaciju otpornosti na UV zračenje. Izvanredno je otporna na vatru jer podnosi temperature veće od 1000 Celzijevih stupnjeva. Pritom postiže napredna optička svojstva i istovremeno je postojanih boja, otporna na vremenske uvjete, mehanički robusna i smanjuje Leidenfrost efekt koji sprečava prijenos topline i čini hlađenje tekućinom na vrućoj površini neučinkovitim.

Tableta prati vitalne funkcije iz crijeva

Međunarodni istraživači razvili su VM Pill, uređaj za gutanje veličine tablete koji prati vitalne znakove osobe iz probavnog trakta. Alat, opisan u časopisu Device, djeluje tako da prati male vibracije tijela povezane s disanjem i otkucajima srca i otkriva ako osoba prestane disati.

Trenutna verzija VM pilule prolazi kroz tijelo za otprilike jedan dan, ali uz neke izmjene uređaj bi u tijelu mogao ostati puno duže i tako omogućiti dugotrajno praćenje vitalnih znakova. U budućnosti bi pilula mogla nadograditi tako da automatski isporučuje ​​lijekove za predoziranje opioidima i druga respiratorna i srčana stanja čim uređaj otkrije simptome.

Solarni uređaj čisti vodu i proizvodi gorivo

Istraživači Sveučilišta u Cambridgeu razvili su plutajući uređaj na solarni pogon koji kontaminiranu ili morsku vodu pretvara u čisto vodikovo gorivo i pročišćenu vodu, a da pritom ne zahtijeva nikakvo vanjsko napajanje.

Uređaj, predstavljen u časopisu Nature Water, inspiriran je fotosintezom, procesom kojim biljke pretvaraju sunčevu svjetlost u hranu. Međutim, za razliku od ranijih verzija "umjetnog lišća" koje proizvodi zeleno vodikovo gorivo iz čiste vode, ovaj kao izvor koristi zagađenu ili morsku vode i istovremeno daje čistu pitku vodu. 

Veliki odskok 

Inženjeri Sveučilišta Illinois objavili su prvu poznatu studiju koja dokumentira dugotrajno skakanje 3D printanih robota veličine kukca. Ovaj rad, objavljen u časopisu Smart Materials and Structures, nastavlja se na prethodni kojim su isti inženjeri istraživali mogućnosti vertikalnih skokova robota nalik na kukce.  

Prototip robota-kukca ima lagano tijelo od elastomera i umjetni mišić izrađen od namotane, toplinski obrađene najlonske niti za pecanje. Istraživači su dizajnirali i testirali 108 iteracija robota proizvedenih aditivnom proizvodnjom, od kojih je najmanji imao masu 0,216 grama i sposobnost da uskoči 60 puta dalje od veličine svog tijela.

Opremljeni senzorima za prikupljanje podataka iz dodirivanja usjeva ili istraživanja unutar stroja, ovakvi roboti skakači mogli bi se koristiti u poljoprivredi i održavanju mehanizacije. Velika im je prednost i to što su jeftini za masovnu proizvodnju pa ih se može koristiti u rojevima. 

Samopokretni laboratorij

SmartDope je autonomni sustav sposoban brzo identificirati najbolje materijale za elektroničke i fotonske uređaje, čime se rješava dugogodišnji izazov u sintezi kvantnih točaka. Sustav koji su osmislili na Državnom sveučilištu Sjeverne Karoline provodi eksperimente u reaktoru s kontinuiranim protokom i koristi strojno učenje za optimizaciju proizvodnje kvantnih točaka. 

SmartDope, objašnjava rad u časopisu Advanced Energy Materials, manipulira nizom varijabli, kao što su relativne količine svakog prekursorskog materijala, temperatura na kojoj se miješaju i količinu vremena reakcije na dodavanje novih prekursori. Dok prikuplja podatke o svakom od svojih eksperimenata, SmartDope koristi strojno učenje kako bi ažurirao svoje razumijevanje kemije sinteze dopirane kvantne točke i predložio sljedeći korak. 

SmartDope je više nego dobar u poslu koji radi. Prethodni rekord za kvantni prinos u ovoj klasi dopiranih kvantnih točaka bio je 130%, što znači da je kvantna točka emitirala 1,3 fotona za svaki foton koji je apsorbirala, objašnjavaju istraživači koji su unutar jednog dana rada sa SmartDopeom postigli kvantni prinos od 158%. To je značajan napredak za koji bi korištenjem tradicionalnih eksperimentalnih tehnika inače trebale godine.

Novi način brzog hlađenja čipova

Istraživači Kalifornijskog sveučilišta u Los Angelesu (UCLA) razvili su toplinski tranzistor u čvrstom stanju. Mogućnosti prvog uređaja te vrste koji može koristiti električno polje za kontrolu protoka topline kroz elektroniku predstavljene su u studiji koju objavljuje časopis Science. Analogno elektroničkom tranzistoru, toplinski tranzistor UCLA grupe koristi električna polja za modulaciju vodljivosti kanala, u ovom slučaju toplinske vodljivosti, a ne električne. 

Uređaj bi mogao biti važan za hlađenje procesora. Tranzistori koriste malu količinu energije za kontrolu protoka topline i mogli bi se integrirati na isti čip poput elektroničkih tranzistora, najavljuju istraživači. Konkretno, termalni tranzistori mogli bi učinkovito upravljati toplinom u novim poluvodičima, čime bi se omogućila veća sloboda u dizajnu čipleta, a mogli bi pomoći u hlađenju energetske elektronike napravljene od širokopojasnih poluvodiča kao što su galijev nitrid i silicij karbid.

3D printer koji se gleda što radi

Istraživači MIT-a, tamošnjeg spinouta Inkbit i Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich)  razvili su novi sustav 3D inkjet ispisa koji radi s mnogo širim rasponom materijala. Njihov pisač koristi računalni vid za automatsko skeniranje površine za 3D ispis i podešavanje količine smole koju svaka mlaznica taloži u stvarnom vremenu kako bi se osiguralo da nijedno područje nema previše ili premalo materijala.

Budući da ne zahtijeva mehaničke dijelove za izglađivanje smole, ovaj beskontaktni sustav, predstavljen u časopisu Nature, radi s materijalima koji se sporije stvrdnjavaju od akrilata koji se tradicionalno koriste u 3D ispisu. Neki kemijski sastavi materijala koji se sporije stvrdnjavaju mogu ponuditi poboljšane performanse u odnosu na akrilate, poput veće elastičnosti, izdržljivosti ili dugovječnosti. Uz to, sustav se automatski prilagođava bez zaustavljanja ili usporavanja procesa ispisa, zbog čega je oko 660 puta brži od drugih 3D inkjet sustava za ispis.

"Ovu ruku ne bismo mogli napraviti s brzostvrdnjavajućim poliakrilatima koje smo dosad koristili u 3D ispisu", objašnjavaju istraživači koji su koristili tiolenske polimere koji sporo stvrdnjavaju. Oni imaju vrlo dobra elastična svojstva i vraćaju se u svoje prvobitno stanje mnogo brže nakon savijanja i zbog toga su idealni za proizvodnju elastičnih ligamenata robotske ruke.