'Termalnom kupkom' do bržih kvantnih računala

Kako vodom zaštititi astronaute od zračenja, kako iz ispušnih plinova dobiti termoelektričnu energiju i kako iskoristiti med za pokretanje umjetnog vida inspiriranog ljudskim mozgom

Mladen Smrekar subota, 15. veljače 2025. u 06:00
Nova tehnologija hlađenja mogla bi kvantnim računalima omogućiti veliko povećanje performansi  📷 Lovisa Håkansson, TU Chalmers
Nova tehnologija hlađenja mogla bi kvantnim računalima omogućiti veliko povećanje performansi Lovisa Håkansson, TU Chalmers

 

Kvantni tehnolozi Tehnološkog sveučilišta Chalmers u Švedskoj ohladili su kubite na samo 22 milikelvina (- 273,13°C) koristeći kvantni hladnjak pokretan "termalnim kupkama" mikrovalnog zračenja. Ovo je, koliko je poznato, dosad najniža temperatura koju su dosegli kubiti. Nova vrsta autonomnog kvantnog hladnjaka mogla bi povećati performanse kvantnih računala i učiniti ih pouzdanijima, napisali su istraživači u časopisu Nature Physics.

Švedski znanstvenici ohladili su kubite koristeći kvantni hladnjak pokretan 'termalnim kupkama' mikrovalnog zračenja 📷 Lovisa Håkansson, TU Chalmers
Švedski znanstvenici ohladili su kubite koristeći kvantni hladnjak pokretan 'termalnim kupkama' mikrovalnog zračenja Lovisa Håkansson, TU Chalmers

Konvencionalni hladnjaci koriste helij za apsorpciju topline kroz proces razrjeđivanja i mogu smanjiti kubite na oko 50 mK, a novi sustav nadopunjuje ovaj proces daljnjim hlađenjem kubita umjesto da ih potpuno zamijeni. To čini iskorištavanjem energije iz spremnika topline stvorene korištenjem mikrovalnog zračenja, koja se zatim usmjerava u jedan od dva kubita kvantnog hladnjaka.


Umjetni vid pokretan medom

Istraživači Sveučilišta u Glasgowu osmislili su novi sustav umjetnog vida inspiriran ljudskim mozgom koji djelomično pokreće med. Ovaj novi uređaj, nazvan Electrolyte-Gated Organic Field-Effect Tranzistor (EGOFET), energetski je učinkovit i pomaže u smanjenju elektroničkog otpada. Radi tako da oponaša način na koji rade naše oči i mozak; može osjetiti svjetlost, obraditi informacije i pohraniti sjećanja, sve u jednoj sićušnoj jedinici. 

Zbog sposobnosti brze obrade vizualnih podataka, EGOFET bi se mogao iskoristiti u bespilotnim letjelicama i inteligentnim sigurnosnim sustavima 📷 University of Glasgow
Zbog sposobnosti brze obrade vizualnih podataka, EGOFET bi se mogao iskoristiti u bespilotnim letjelicama i inteligentnim sigurnosnim sustavima University of Glasgow

Uređaj, opisan u časopisu Advanced Functional Materials, koristi ekološki prihvatljive, biorazgradive materijale koji se mogu reciklirati za obradu i pohranu informacija o boji uz minimalnu potrošnju energije. Prototip je izrađen od staklene baze, zlatnih elektroda, organskog sloja osjetljivog na svjetlost i meda kao elektrolita. Ovaj sustav fotodetektora generira električne signale koji se mijenjaju na temelju boje i svjetline svjetlosti. Ovi signali programiraju stanja memorije koja sustav zadržava čak i kad je isključen.

Usporedba biološke sinapse s dizajniranim sinaptičkim uređajem: Ilustracija ljudskog vidnog sustava koji reagira na biološke šiljke u biološkoj sinapsi i umjetna fotonska sinapsa temeljena na EGOFET-u koja reagira na optičke podražaje 📷 University of Glasgow
Usporedba biološke sinapse s dizajniranim sinaptičkim uređajem: Ilustracija ljudskog vidnog sustava koji reagira na biološke šiljke u biološkoj sinapsi i umjetna fotonska sinapsa temeljena na EGOFET-u koja reagira na optičke podražaje University of Glasgow

EGOFET je i nevjerojatno energetski učinkovit. Potrebno mu je samo 2,4 picojoulea za svaki skok električne aktivnosti koju proizvodi kad osjeti svjetlost, što ga čini jednim od energetski najučinkovitijih uređaja te vrste.


Nova tehnologija za realistične robote

Dosad su se androidi s vrlo pokretljivim crtama lica oslanjali na patchwork metodu za izražavanje emocija koja uključuje programiranje više scenarija akcije. No, sad su istraživači Sveučilišta u Osaki u časopisu Journal of Robotics and Mechatronics predstavili tehnologiju koja androidima omogućava generiraju izraze poput uzbuđenosti ili pospanosti.

Snimke izraza pospanog raspoloženja na android robotu u obliku djeteta  📷 Hisashi Ishihara
Snimke izraza pospanog raspoloženja na android robotu u obliku djeteta Hisashi Ishihara

Njihova tehnologija sinteze izraza lica koristi valne pokrete koji predstavljaju različite geste koje čine pokrete lica poput disanja, treptanja i zijevanja kao pojedinačne valove. Ti se valovi šire do povezanih područja lica i preklapaju se kako bi generirali složene pokrete lica u stvarnom vremenu. Ova metoda eliminira potrebu za pripremom složenih i raznolikih akcijskih podataka, a istovremeno izbjegava zamjetne prijelaze kretanja.


Voda štiti astronaute od zračenja

Istraživači Sveučilišta Ghent u Belgiji testiraju potencijal 3D ispisanih hidrogelova, materijala koji mogu upiti velike količine vode, da služe kao vrlo učinkoviti štitovi od zračenja.

3D printani hidrogel svemirski šatl i astronaut na Mjesecu 📷 Johan Dubruel, ESA
3D printani hidrogel svemirski šatl i astronaut na Mjesecu Johan Dubruel, ESA

Sposobnost hidrogelova da zadržavaju vodu čini ih prikladnom za upotrebu u svemirskim odijelima jer voda zadržana u hidrogelu nije slobodno protočna, što omogućuje ravnomjernu raspodjelu i zaštitu. To također znači da voda ne bi iscurila ako bi se odijelo probušilo, dajući astronautima dovoljno vremena da dođu na sigurno.


OmicsFootPrint: novi način vizualizacije bolesti

Istraživači klinike Mayo predstavili su OmicsFootPrint, AI alat koji ogromne količine složenih bioloških podataka pretvara u dvodimenzionalne kružne slike. Kombiniranje nekoliko vrsta molekularnih podataka daje točnije rezultate, mada OmicsFootPrint dobre rezultate prikazuje čak i s ograničenim skupovima podataka.

Kružna vizualizacija pokazuje genetske i molekularne promjene, s kromosomima u vanjskom prstenu i promjenama aktivnosti gena 📷 Mayo Clinic
Kružna vizualizacija pokazuje genetske i molekularne promjene, s kromosomima u vanjskom prstenu i promjenama aktivnosti gena Mayo Clinic

Koristeći napredne AI metode transfera učenja alat, predstavljen u časopisu Nucleic Acids Research, identificira podtipove raka pluća s više od 95 % točnosti, koristeći pritom manje od 20 % tipične količine podataka. Uz to velike skupove bioloških podataka sažima u kompaktne slike koje zahtijevaju samo 2 % izvornog prostora za pohranu, što olakšava integraciju slika u elektroničku medicinsku evidenciju. 


Preciznost u minijaturi

Istraživači Pekinškog instituta za tehnologiju predstavili su u časopisu Microsystems & Nanoengineering novu elektrotermalnu mikrohvataljku koja kombinira izvanredne sposobnosti deformacije i brze reakcije uz minimalnu potrošnju energije te tako zaobilazi probleme s kojima se suočavaju tradicionalne tehnologije.

Dizajn elektrotermalne mikrohvataljke 📷 BIT
Dizajn elektrotermalne mikrohvataljke BIT

Sposobna za savijanje više od 100 stupnjeva uz samo 5 volti, s vremenom odziva ispod 10 milisekundi, ova mikrohvataljka pruža impresivnu brzinu i točnost, ali i robusnost. U testovima vibracija uspješno je izdržala prosječno ubrzanje od 35 g, a u testovima udara sile veće od 1600 g. Ove značajke čine je idealnom za precizne zadatke kao što su operacije poput rukovanje zrncima lema u elektroničkom pakiranju.


Termoelektrična energija iz ispušnih plinova

Motori s izgaranjem koriste samo četvrtinu potencijalne energije goriva, dok se ostatak gubi kao toplina kroz ispušne plinove, no studija u ACS Applied Materials & Interfaces pokazuje kako ispušnu toplinu pretvoriti u električnu energiju. Prototip termoelektričnog generatorskog sustava koji su izradili istraživači Državnog sveučilišta u Pennsylvaniji mogao bi smanjiti potrošnju goriva i emisije ugljičnog dioksida.

Prototip termoelektričnog generatora 📷 Penn State
Prototip termoelektričnog generatora Penn State

Novi termoelektrični generator sadrži poluvodič izrađen od bizmut-telurida i koristi izmjenjivače topline, slične onima koji se koriste u klima uređajima, za hvatanje topline iz ispušnih cijevi vozila. U uređaj je ugrađen i hladnjak koji značajno povećava temperaturnu razliku, što izravno utječe na električnu snagu sustava. Prototip je postigao izlaznu snagu od 40 W, dovoljno za napajanje žarulje.