Svakodnevni materijali poput papira i plastike mogli bi se transformirati u elektroničke "pametne uređaje" korištenjem jednostavne nove metode za nanošenje tekućeg metala na površine, tvrde kineski znanstvenici sa Sveučilišta Tsinghua. Njihova studija, objavljena u časopisu Cell Reports Physical Science, demonstrira tehniku ​​nanošenja premaza od tekućeg metala na površine koje se inače ne spajaju lako s tekućim metalom. Pristup je osmišljen za rad u velikim razmjerima i može se primijeniti u platformama za testiranje nosivih uređaja, fleksibilnim uređajima i mekoj robotici.

Tehnika obećava, ali istraživači još uvijek smišljaju kako zajamčiti da će premaz od tekućeg metala ostati na mjestu nakon što se nanese. Metodu namjeravaju proširiti kako bi se mogla koristiti za nanošenje tekućeg metala na više različitih površina, uključujući metal i keramiku, a planiraju i izradu pametnih uređaja od materijala obrađenih ovom metodom.

Kaciga s tekućim amortizerima

Zbog bavljenja sportom svake godine milijuni ljudi širom svijeta dobiju potres mozga. Tom su riziku posebno izloženi igrači američkog nogometa, zbog čega su istraživači Sveučilišta Stanford u suradnji tvrtkom Savior Brain osmislili novi način zaštite: kacigu koja sadrži tekuće amortizere koji silinu udarca smanjuju za trećinu.

Testiranja modela pokazala su da ova kaciga s 21 tekućim amortizerom dramatično ublažava jačinu udara i pritisak na mozak uzrokovan udarcima u glavu, što potencijalno značajno smanjuje ozljede. Na testovima se pokazala boljom od postojećih modela kaciga i imala je najbolji 'Helmet Performance Score', mjeru koja se koristi u NFL-ovoj godišnjoj ljestvici sigurnosti kaciga.

Nakon dodatnih ispitivanja kaciga bi se mogla proizvoditi serijski, a tehnologija prilagoditi za izradu zaštita i za druge vrste sportova.

"Žive zgrade" troše manje energije

Revolucionarna studija Sveučilišta u Lundu, objavljena u časopisu Frontiers in Materials, pokazuje vrijedne lekcije koje možemo naučiti od termita kako bismo u našim kućama stvorili što ugodniju klimu, istovremeno smanjujući ugljični otisak koji se obično povezuje s klimatizacijskim uređajima.

Proučavajući humke namibijskih termita Macrotermes michaelseni, istraživači su se usredotočili na izlazni kompleks: gustu, rešetkastu mrežu tunela, široku između 3 mm i 5 mm, koja šire unutarnje kanale povezuje s vanjskim. Eksperimente su temeljili na skeniranoj i 3D tiskanoj kopiji fragmenta izlaznog kompleksa, a vjetar su simulirali zvučnikom koji je pokretao oscilacije mješavine zraka i CO2. Otkrili su da je protok zraka najveći na frekvencijama osciliranja između 30 Hz i 40 Hz, umjeren na frekvencijama između 10 Hz i 20 Hz i najmanji na frekvencijama između 50 Hz i 120 Hz.

Istraživači su zaključili da tuneli u kompleksu stupaju u interakciju s vjetrom i povećavaju prijenos mase zraka za ventilaciju. Oscilacije vjetra na određenim frekvencijama stvaraju turbulencije iznutra koje ispušne plinova i višak vlage nose dalje od srca humka. Sljedeći je korak ta saznanja primijeniti na izradu kuća budućnosti čije komplicirane strukture istodobno rješavaju više problema: održavaju udobnost unutar domova, uz reguliranje protoka plinova i vlage kroz ovojnicu zgrade.

UI alat sprečava šumske požare

Istraživači finskog Sveučilišta Aalto razvili su model neuronske mreže koji točno predviđa pojavu požara u tresetištu. Zatim su ga upotrijebili za procjenu različitih strategija upravljanja i identificirali intervencije koje bi mogle spriječiti tri četvrtine šumskih požara. Isti bi se pristup mogao koristiti za predviđanje i sprečavanje šumskih požara u drugim kontekstima, kažu istraživači. 

Model, predstavljen u časopisu Nature, https://www.nature.com/articles/s43247-022-00534-2 uvježban je na podacima koji su od 2002. do 2019. prikupljani na Borneu. Na temelju varijabli kao što su vrsta zemljišnog pokrova te indeksi vegetacije i suše, model predviđa vjerojatnost požara na svakoj točki na karti i predlaže strategije koje će smanjiti šansu za izbijanje vatre za 50 do 76%.  Istraživači ističu kako bi se slični modeli umjetne inteligencije mogli razviti za šumske požare u drugim regijama i tako pomoći zemljama diljem svijeta, suočenima sa sve intenzivnijim sezonama požara.

Prilagođavanje toplinske vodljivosti u hodu

Tipično, toplinska vodljivost materijala je konstantna, nepromjenjiva vrijednost. Međutim, istraživači Sveučilišta u Minnesoti otkrili su jednostavan postupak za "podešavanje" ove vrijednosti u lantan stroncij kobaltitu, materijalu koji se često koristi u gorivim ćelijama. Slično načinu na koji prekidač kontrolira protok električne energije do žarulje, metoda predstavljena u časopisu Nature Communications uključuje i isključuje protok topline u uređajima.

Metoda počiva na procesu elektrolitskog usmjeravanja u kojem se ioni tjeraju na površinu materijala. To je istraživačima omogućilo da materijalom manipuliraju primjenom niskog napona. 

Samoorganizirajući mikroroboti

Danas više nije problem nagovoriti velike robotske kolektive da se ponašaju inteligentno. Međutim, to je prilično težak zadatak kad se primjenjuje na tehnologije mikro razmjera, na rojeve robota koji ne raspolažu sredstvima računanja, osjetila ili komunikacije. U  svom prošlom radu istraživači Sveučilišta Cornell pokazali da se korištenjem jednog globalnog signala može pokrenuti robote i utjecati na njihove interakcije u paru kako bi proizveli kolektivno kretanje, kontaktnu i beskontaktnu manipulaciju objekata. 

A sada su se istraživači tamošnjeg Collective Embodied Intelligence Laba uz pomoć Max Planck instituta za inteligentne sustave dosjetili  kako će proširiti lepezu kolektivnog ponašanja rojeva mikrorobota: miješanje različitih veličina robota mikronske veličine omogućuje im da se samoorganiziraju u različite uzorke kojima se može manipulirati kad se na njih primijeni magnetsko polje. 

Istraživači su upotrijebili model oscilatora rojenja, takozvani swarmalator, pomoću kojeg su precizno opisali kako su asimetrične interakcije između diskova različitih veličina omogućile njihovu samoorganizaciju. Ta bi saznanja, opisana u Proceedings of the National Academy of Sciences, mogla pomoći u ciljanom otpuštanju lijeka u kojem serije mikrorobota transportiraju i po potrebi oslobađaju farmaceutski proizvod u ljudskom tijelu.

Linearno mehaničko kvantno računalo

Kad slušamo svoju omiljenu pjesmu, ono što zvuči kao kontinuirani val glazbe zapravo se prenosi kao sićušni paketi kvantnih čestica zvanih fononi. Zakoni kvantne mehanike tvrde da su kvantne čestice fundamentalno nedjeljive i stoga se ne mogu razdvojiti, ali istraživači Pritzkerove škole molekularnog inženjeringa (PME) na Sveučilištu u Chicagu  pokazali su da se fononi mogu "razdvojiti" u kvantnu superpoziciju i ponašati se kao fotoni. To znači, tvrde oni u časopisu Science, da bi se fononi mogli koristiti u novom tipu kvantnog računala, linearnom mehaničkom kvantnom računalu koje bi moglo izvoditi jedinstvene izračune.

Isti istraživači već su osmislili kako stvoriti i detektirati pojedinačne fonone i bili su prvi koji su isprepleli dva fonona. Sada su u dva revolucionarna eksperimenta prvi put koristili i akustični razdjelnik snopa koji snop zvuka može podijeliti na pola, odašiljajući polovicu i reflektirajući drugu polovicu natrag do svog izvora. Cijeli sustav, uključujući dva kubita za generiranje i otkrivanje fonona, radi na ekstremno niskim temperaturama i koristi pojedinačne površinske akustične valove fonona koji putuju po površini materijala, u ovom slučaju, litijevog niobata.

Čikaški istraživači tu ne misle stati i sad idu još jedan korak dalje pa najavljuju stvaranje logičkih vrata pomoću fonona.

Zagrijavanje kuće u nekoliko sekundi

Tema možda nije ljetna, ali je vijest sasvim svježa: finska tvrtka Warming Surfaces razvila je novi koncept inteligentnog grijaćeg zida koji omogućuje gotovo trenutačnu regulaciju topline poput paljenja i gašenja rasvjete.   

Zračenje topline temelj je ovog koncepta, a razni materijali unutarnjih površina uključuju niskonaponske "pikselizirane" grijaće elemente koji se uključuju po želji. Grijaći elementi tanji su od 0,1 milimetara pa se lako integriraju u laminatne podove, vrata i zidove, pa čak i u namještaj i tekstil.

Ručni bioprinter tkiva i organa

Istraživači kanadskog Sveučilišta Victoria razvili su uređaj koji bi se mogao koristiti za 3D ispis organa izvan bolnica i istraživačkih laboratorija. Pokaže li se doista efikasnim, mogao bi utrti put širokom spektru primjena u regenerativnoj medicini, razvoju i testiranju lijekova te prilagođenoj ortotici i protetici.

Uređaj omogućuje 3D ispis biokompatibilnih struktura i tkiva izravno unutar tijela. Za razliku od prijašnjih uređaja ove vrste, novi bioprinter ima mogućnost ispisa više materijala i kontrole fizikalno-kemijskih svojstava otisnutog tkiva, što bi ga učinilo kompatibilnijim s ljudskim tijelom. To bi moglo značajno poboljšati živote pacijenata putem zamjene, popravka ili regeneracije oštećenih tkiva i organa, ponuditi alternativno rješenje kad nema raspoloživog donatora organa i zaobići rizici povezani s transplantacijom.

Ovaj ručni uređaj radi s više bio-tintnih uložaka, a svakim neovisno upravlja pneumatski sustav. To pak omogućuje široku kontrolu nad smjesom za ispis, što olakšava razvoj struktura kompatibilnih s potrebama pacijenata. Uređaj, opisan u časopisu Biofabrication, mogao bi se koristiti i za isporuku lijekova na određenim mjestima u tijelu, ali i za razvoj prilagođene protetike i ortopedskih implantata.

"Toplinske autoceste" za hladnu elektroniku

Kako pametni elektronički uređaji postaju sve manji i moćniji, oni generiraju sve više topline, što usporava vrijeme obrade i dovodi do iznenadnog gašenja. No sada su kineski istraživači u ACS Applied Nano Materials predstavili novi nanokompozitni sloj koji raspršuje toplinu četiri puta učinkovitije od postojećih materijala. Ovo svojstvo moglo bi se iskoristiti za sprečavanje pregrijavanja kompaktne elektronike. 

To je postignuto metodom koaksijalnog elektropletenja s dvije otopine od polivinil alkohola i toplinski vodljivog nanodijamantnog materijala, čime je stvorena "autocesta" distribucije topline duž i poprijeko vlakana. Ti novi materijali bolje rasipaju toplinu i toplinski su vodljiviji od prethodnih nanokompozita. Istraživači vjeruju da bi se ti slojevi mogli koristiti za održavanje hladom minijaturne elektronike koja radi pod velikim opterećenjem.

Programabilni zavoji za liječenje opeklina i raka

Koristeći napredne polimere, istraživači kanadskog Sveučilišta Waterloo stvorili su novu vrstu materijala za previjanje rana. Ovaj bi novi zavoj mogao poboljšati proces ozdravljenja pacijenata s opeklinama, a mogao bi  poslužiti i za isporuku lijekova u liječenju raka čime bi se zamijenila klinička kemoterapija te u kozmetičkoj industriji.

U izradi ovih pametnih obloga, predstavljenih u časopisu Journal of Colloids and Interface Science, korišteni su biopolimeri iz morskih algi i nanokristali celuloze. Toplinski su osjetljivi pa se šire u hladnjaku i skupljaju kad se zagriju na koži. 

Hibridni materijal transformira svjetlost

Istraživači Sveučilišta Texas u Austinu stvorili su novu klasu materijala koji mogu apsorbirati niskoenergetsko svjetlo i transformirati ga u svjetlo više energije. Novi materijal sastoji se od ultra-malih nanočestica silicija i organskih molekula bliskih onima koje se koriste u OLED televizorima. Ovaj novi kompozit, opisan u časopisu Nature Chemistry, učinkovito pomiče elektrone između svojih organskih i anorganskih komponenti i mogao bi se primijeniti za izradu učinkovitijih solarnih ploče, točnijih medicinskih slika i boljih naočala za noćni vid. 

U svom prethodnom radu istraživači su uspješno povezali antracen, organsku molekulu koja emitira plavu svjetlost, sa silicijem, materijalom koji se koristi u solarnim pločama i u mnogim poluvodičima. Nastojeći pojačati interakciju između ovih materijala sad su razvili i novu metodu za kovanje električno vodljivih mostova između antracena i nanokristala silicija. Tako su dobili jaku kemijsku vezu koja povećava brzinu kojom dvije molekule razmjenjuju ​​energiju, gotovo udvostručujući učinkovitost u pretvaranju svjetlosti niže energije u svjetlost više energije.