Digital age: Техно пробиви и открития

Какво ново в света на технологиите и откритията? Вижте актуалните тенденции в седмичния ни обзор:

Стартъп за термоядрен синтез разработва ядрена батерия, която захранва устройства с месеци 

Снимка: Shutterstock

Американският стартъп за термоядрен синтез Avalanche Energy получи договор на стойност 5,2 милиона долара за създаване на ядрени батерии, способни да захранват устройство с размерите на лаптоп в продължение на месеци. Този договор е част от програмата Rads to Watts на Агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната (DARPA), която има за цел да разработи ново поколение компактни, устойчиви ядрени батерии с по-висока енергийна плътност.

Самите ядрени батерии не са напълно нова концепция. Те съществуват от много години и дори са достигнали Марс с борда на марсоходите Perseverance и Curiosity на NASA. За сравнение, ядрените батерии генерират само около 2 ватчаса на килограм, проблем, който програмата „Rads to Watts“ има за цел да реши. Договорът, възложен на Avalanche, има за цел да създаде ядрена батерия, способна да захранва устройство с размерите на лаптоп в продължение на месеци. Самата батерия ще тежи само няколко килограма и ще доставя над 10 вата енергия на килограм. Това представлява значителен скок в мощността за ядрените енергийни източници. Въпреки това, като се има предвид, че проектите на DARPA обикновено се фокусират върху приложения в областта на отбраната и космоса, тези батерии трябва да бъдат устойчиви и на екстремни условия, като например изключително ниски и високи температури, както и на радиационно облъчване в космоса, където конвенционалната електроника бързо се разгражда.

Avalanche ще работи върху създаването на твърдотелни микроизработени клетки, които преобразуват алфа частиците, излъчвани от радиоактивни изотопи, в електричество (наречени алфаволтаични клетки). Този принцип е много подобен на начина, по който слънчевите клетки преобразуват слънчевата светлина в електричество. Тези клетки ще преобразуват кинетичната енергия на алфа частиците в използваемо електричество, захранвайки устройство с размерите на лаптоп. Avalanche ще тества оперативната надеждност на батерията, използвайки ускорители на частици и активни радиоизотопи. Стартъп компанията ще ръководи и екип от изследователи от Университета на Юта, Калифорнийския технологичен институт, Националната лаборатория Лос Аламос и McQuaide Microsystems. . Като част от този проект, Avalanche ще създаде устойчиви на разграждане микрочипове за използване в алфа-волтаични клетки и в крайна сметка в устройства за термоядрен синтез.

„Договорът с DARPA представлява критичен етап по пътя ни към практическо използване на термоядрена енергия “, каза Робин Лангтри, съосновател и главен изпълнителен директор на Avalanche Energy. „ Технологиите за директно преобразуване на енергия, които разработваме чрез програмата „„Rads to Watts“, ще бъдат от решаващо значение за ефективното извличане на енергия от реакциите на термоядрен синтез. Днес създаваме възможности, които ще позволят на системите за термоядрен синтез да осигуряват надеждна, преносима енергия за отбранителни, космически и търговски приложения утре“, казва Лангтри.

Компанията също така отбеляза, че същите термоядрени централи, които произвеждат високоенергийни алфа частици, произвеждат и високоенергийни неутрони, а неутроните от своя страна са ефективни при създаването на радиоизотопите, необходими за програмата Rads to Watts, като по този начин създават подсилващо условие на търсенето и предлагането около основната платформа за термоядрен синтез на Avalanche. Avalanche вече е изградила своите технологични демонстратори.

Решетъчна структура като крило на пеперуда усилва сигурността на самолетите и на сградите при трусове

Снимка: Shutterstock

Изследователи от университета Тохоку в Сендай, Япония, в сътрудничество с екип от Технологичния университет Ухан в провинция Хубей, Китай, са създали лека решетъчна структура, вдъхновена от крилата на пеперудата. Този нов материал осигурява изключителна здравина, удароустойчивост и абсорбиране на енергия, превъзхождайки традиционните решетъчни структури както при тестове на натиск, така и при тестове на удар. За да реализират проекта, екипът е възпроизвел геометрията на жилките на крилата на насекоми и е създал решетъчна архитектура с кубична решетка с форма на пеперуда и обемно-центрирана структура.

При удар, структурата ефективно преразпределя напрежението чрез X-образна траектория, напомняща разперването на криле на пеперуда, потискайки локализирани счупвания и забавя катастрофалното разрушаване.

Доцент Ерик Джианфенг Ченг от Института за съвременни изследвания на материалите в университета Тохоку вижда голям потенциал в това развитие и е уверен, че тази способност отваря пътя към различни приложения. Той отбеляза, че този структурен механизъм е особено забележителен, защото повечето леки решетъчни материали не са в състояние да издържат на натоварвания като локализирано огъване или удар, докато техният дизайн демонстрира много по-голяма устойчивост на внезапни механични натоварвания.

Екипът се надява, че тази изключително устойчива структура може да бъде интегрирана в бъдещи самолети и използвана в устойчива на земетресения инфраструктура, за да се подобри цялостната безопасност. В аерокосмическата индустрия леките материали, способни да абсорбират удари, са ключови за подобряване на безопасността на самолетите, без да се увеличава теглото. Такава решетка би могла да помогне за защитата на критични компоненти от механични удари или катастрофи. Междувременно, в региони, предразположени към земетресения, като Япония, конструкциите трябва бързо да абсорбират и разсейват сеизмичната енергия. Този дизайн, вдъхновен от пеперудата, би могъл да създаде материали, които могат да издържат на трусове и да намалят структурните повреди. В лабораторни тестове и компютърни симулации с крайни елементи, новата решетка значително превъзхожда традиционните конструкции. При силно компресиране и динамично удрарно натоварване, тя демонстрира по-висок модул на еластичност, повишено издържане на напрежението и отлично поглъщане на енергия.

Нов изчислителен чип може да работи дори в поток от гореща лава

Снимка: Shutterstock

Екип от Университета на Южна Калифорния откри решение на два ключови проблема в разработването на центрове за данни - намаляване на енергийните разходи за работа на чиповете и тяхното охлаждане. Разработчиците експериментирали със структури на базата на хафний и открили, че една от формите може да издържи на температури до 700°C. Мемристор, направен от тази структура, успешно извършвал изчисления и съхранявал данни в продължение на 50 часа при тази температура - докато самото тестово оборудване просто не се повредило. Меристорът е електронен пасивен елемент, като названието му идва от комбинирането на „memory“-памет и „resistor“ – резистор.

Дизайнът на устройството се състои от три слоя. Високата точка на топене на волфрама осигурява издръжливост, докато хафниевият оксид осигурява стабилност като керамичен изолатор. А еластичността и уникалните химични свойства на графена предотвратяват късо съединение на устройството при екстремни температури. Всичко това е изключително надеждно - мемристорът е издържал над милиард цикъла на превключване със скорости от наносекунд.

По-важното е, че мемристорът извършва матрично умножение, използвайки директни физически процеси. Тези операции представляват 92% от производителността на днешните изключително несъвършени алгоритми за изкуствен интелект. Това означава, че инженерите имат възможността да създадат ефективен чип, който консумира малко енергия и практически не изисква охлаждане.