Учёные готовят «супердерево» в качестве экологичной альтернативы стали и бетону

То, что началось как лабораторный эксперимент в Университете Мэриленда, теперь может существенно повлиять на строительную практику. Стартап InventWood, созданный при университете, готовится к запуску нового материала под названием Superwood — древесного продукта, который по соотношению прочности и веса почти в десять раз превосходит сталь, но при этом легче и экологичнее.

История началась в 2018 году, когда доктор Лянбин Ху, материаловед из Университета Мэриленда, разработал запатентованную методику, которая превращает обычную древесину в материал, в 12 раз более прочный и в 10 раз более жёсткий, чем обычное дерево.

Осознав свой коммерческий потенциал, доктор Ху лицензировал технологию компании InventWood, которую сейчас возглавляет генеральный директор Алекс Лау. Недавно компания получила 15 миллионов долларов инвестиций и готовится к открытию своего первого коммерческого производства во Фредерике, штат Мэриленд. Начало поставок Superwood запланировано на третий квартал 2025 года.

Инновация Superwood заключается в молекулярной инженерии. Процесс начинается с обычной древесины, которая в основном состоит из целлюлозы и лигнина. Избирательно удаляя определённые компоненты и применяя химикаты «пищевой промышленности», InventWood укрепляет целлюлозные волокна, а затем сжимает материал, чтобы увеличить водородные связи между молекулами.

Этот новый материал не только прочен, но и очень функционален. «Супердерево» устойчиво к огню, воде, гниению и вредителям. Она сохраняет естественную теплоту, текстуру и красоту дерева, а при определённой полимерной обработке может использоваться для наружных работ, таких как сайдинг, настил и кровля.

Прорывная американская система позволяет гуманоидным роботам копировать движения человека в режиме реального времени

Исследователи Стэнфордского университета и Университета Саймона Фрейзера разработали новую систему искусственного интеллекта, которая позволяет роботам-гуманоидам имитировать движения человека в режиме реального времени.

Технология, получившая название TWIST (Teleoperated Whole-Body Imitation System), позволяет дистанционно управлять роботами, повторяя их движения всем телом с высокой точностью.

Разработанная для применения в реальном мире, TWIST сочетает данные захвата движений с обучением на основе подкрепления и имитации, чтобы направлять роботов при выполнении сложных задач.

По словам исследователей, эта система знаменует собой значительный шаг вперёд в области телеоперации и взаимодействия человека и робота.

«Мы точно фиксируем движения человека, а затем с помощью искусственного интеллекта сопоставляем их с командами, которые могут выполнять гуманоиды. Наша система обладает гораздо более высокой точностью управления всем телом, чем предыдущие работы, и позволяет выполнять различные движения и навыки, которые ранее были недоступны», — сказал в своём заявлении первый автор работы Янцзе Зе.

Телеоперация — дистанционное управление роботами в режиме реального времени — имеет перспективное применение во многих областях. В последние годы инженеры сосредоточились на системах, которые позволяют пользователям управлять человекоподобными роботами, повторяя их движения всем телом.

В новом исследовании команда поставила перед собой цель позволить роботам-гуманоидам достичь того же уровня ловкости всего тела, что и у людей. В сложных условиях реального мира люди естественно используют всё своё тело: держат предметы обеими руками, передвигают препятствия ногами, открывают двери локтями или боками.

TWIST использует технологию захвата движений (MoCap) для точного отслеживания движений человека и управления гуманоидными роботами в режиме реального времени. Сочетая эти данные с обучением с подкреплением, система обучает контроллер, который переводит действия человека в сбалансированные движения робота, позволяя ему точно имитировать движения пользователя.

Система справляется с такими проблемами, как задержки и резкие движения, используя двухэтапный процесс обучения и комбинируя высококачественные автономные данные с небольшими наборами данных, получаемыми в режиме реального времени. Она также повышает точность за счёт оптимизации положения и ориентации суставов. Система обучает роботов с дополнительными помехами выполнять задачи, требующие приложения силы, например, поднимать предметы, что делает их более стабильными и эффективными в реальных задачах телеоперации.

Инженеры создали новый способ кодирования и декодирования цифровой информации с помощью синтетических молекул, похожих на пластик

Исследование демонстрирует возможность хранения и извлечения 11-символьного пароля из синтетических полимеров, не требуя традиционных инструментов секвенирования.

«Молекулы могут хранить информацию в течение очень долгого времени, не нуждаясь в энергии. Природа дала нам принципиальное доказательство того, что это работает, — говорит автор статьи и инженер-электрик Правин Пасупати (Praveen Pasupathy) из Техасского университета в Остине. — Это первая попытка записать информацию в строительный блок пластика, который затем может быть считан с помощью электрических сигналов, что делает нас на шаг ближе к хранению информации в повседневном материале».

В отличие от жёстких дисков или флэш-памяти, которые подвержены деградации с течением времени, молекулы, такие как ДНК, могут стабильно и пассивно хранить данные в течение тысяч лет. Однако для расшифровки ДНК или синтетических полимеров обычно требуются дорогостоящие приборы, такие как масс-спектрометры.

Новый подход, разработанный инженером-электриком Правином Пасупати и химиком Эриком Анслином, позволяет упросить процесс за счёт использования молекул с уникальными электрохимическими сигнатурами, которые можно считывать с помощью более простых и потенциально портативных электронных устройств.

«Наш подход имеет потенциал для уменьшения масштаба до меньших, более экономичных устройств по сравнению с традиционными системами, основанными на спектрометрии, — говорит Анслин. — Он открывает захватывающие перспективы для сопряжения химического кодирования с современными электронными системами и устройствами».

Чтобы разработать свой метод, команда создала «алфавит» из 256 символов, используя комбинации всего четырёх мономеров — молекулярных строительных блоков, различающихся по своему электрохимическому поведению. Эти мономеры были соединены в полимер, похожий на цепочку, который кодировал 11-символьный пароль.

После того как полимер синтезировали, исследователи использовали процесс, который расщеплял его по одному мономеру за раз. При распаде каждого мономера выделяется уникальный сигнал напряжения, который можно обнаружить и перевести в соответствующий символ.

«Напряжение сообщает нам идентичность мономера, который в данный момент разрушается, поэтому мы сканируем различные напряжения и смотрим „фильм“ о распаде молекулы, который говорит нам, какой мономер разрушается в данный момент времени», — говорит Пасупати.

Декодеры дельфиньих сигналов выиграли приз в $100 000 долларов

Премия в размере $100 000 за общение с животными досталась исследователям, которые смогли расшифровать свист дельфинов.

Премия Коллера-Долиттла за двустороннюю межвидовую коммуникацию была учреждена в прошлом году Фондом Джереми Коллера и Тель-Авивским университетом.

Команда победителей под руководством Лаэлы Сайиг из Океанографического института Вудс-Хоула в сотрудничестве с Программой исследования дельфинов Сарасоты уже более четырёх десятилетий изучает афалин в водах близ Сарасоты, штат Флорида.

Исследователи использовали неинвазивные технологии, такие как гидрофоны и цифровые акустические метки, прикреплённые при помощи присосок, для записи звуков животных. Среди них были как похожие на имена «персональные» свисты, так и «общие» — звуки, составляющие около 50% звуковых сигналов животных.

В своей последней работе, которая ещё не прошла рецензирование, команда определила по меньшей мере 20 различных типов «общих» свистов, которые издают несколько дельфинов, и обнаружила, что два типа свистов используют по меньшей мере 25 особей.

Когда исследователи воспроизвели эти два звука дельфинам, они обнаружили, что один из них вызывает у животных избегание, что позволяет предположить, что он может быть сигналом тревоги, в то время как другой вызывает целый ряд реакций, что позволяет предположить, что он может быть звуком, издаваемым дельфинами, когда они сталкиваются с чем-то неожиданным.

Саиг сказал, что победа стала для него сюрпризом, добавив: «Я действительно не ожидала этого, так что я в восторге. Это такая честь».

Судейскую коллегию возглавлял Йосси Йовель, профессор зоологии Тель-Авивского университета, чья команда ранее использовала алгоритмы машинного обучения для разгадки смысла писков, издаваемых летучими мышами во время спора.

«Нас больше всего впечатлил долгосрочный и огромный массив данных, который был создан, и мы уверены, что он приведёт к множеству новых и интересных результатов», — сказал Йовель, добавив, что на судей также произвело впечатление использование командой неинвазивных технологий для записи разговоров животных, а также использование дронов и динамиков для демонстрации реакции дельфинов в полевых условиях.

Йовель добавил, что судьи надеются, что премия поможет применить искусственный интеллект для обработки данных и получить ещё более впечатляющие результаты.

Исследователи представили самовосстанавливающуюся электронную кожу, открывающую путь к более прочным носимым устройствам

Учёные из Института биомедицинских инноваций Терасаки разработали электронную кожу, которая способна самовосстанавливаться всего за 10 секунд после повреждения. Этот передовой материал, сохраняющий гибкость и электрические характеристики после многократного износа, решает одну из самых больших проблем в носимой электронике и вскоре может пригодиться для устройств мониторинга здоровья нового поколения.

Результаты работы команды представлены в исследовании под названием «Быстрая самовосстанавливающаяся электронная кожа для мониторинга биосигналов в режиме реального времени» в журнале Science Advances.

Под руководством доктора Янчжи Чжу исследовательская группа создала гибкий, растягивающийся полимер с серебряными нанопроволоками (AgNWs) и динамическими дисульфидными связями — сочетание, которое позволяет материалу автономно восстанавливать порезы, разрывы и разрывы за считанные секунды, причём при комнатной температуре и без каких-либо внешних факторов, таких как тепло или свет.

«Это технология, которая полностью пересматривает возможности носимых устройств, — говорит доктор Чжу. — Сократив время восстановления до минуты, мы устранили одно из самых больших препятствий на пути к практическому, повседневному использованию электронной кожи».

В лабораторных испытаниях новый разработанный материал оказался удивительно прочным, выдержав более 50 циклов разрезания и заживления и более 50 000 циклов сгибания без существенной потери характеристик.

Она оставалась стабильной в широком диапазоне температур и уровней влажности и даже выдерживала воздействие проточной воды. Интегрированная в носимую систему, электронная кожа успешно снимала данные о мышечной активности во время тренировок. Исследователи обучили модель искусственного интеллекта классифицировать состояния мышечной усталости — расслабленное, умеренное и экстремальное — с впечатляющей точностью, превышающей 95%.

Дайджест новостей из мира науки за прошедшую неделю