Наблюдения за фенотипом, за физическими характеристиками растущих растений, являются основным методом определения "состояния здоровья" и прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур. Однако, все это является однообразной утомительной и отнимающей много времени работой, особенно при условии наблюдений за большими площадями сельскохозяйственных угодий. Эта работа сама просится для того, чтобы возложить ее на плечи робота или другой автоматизированной системы, и группа исследователей из университета Иллинойса, возглавляемая профессором Стивеном П. Лонгом (Stephen P. Long), недавно закончила разработку и изготовление первого образца робота, предназначенного для осмотра и исследований растущих растений.

Созданный исследователями робот способен работать в полуавтоматическом режиме, ориентируясь на местности при помощи системы GPS. Управляет роботом находящийся неподалеку человек, который направляет его так, чтобы вездеходные гусеницы причиняли растениям минимальный ущерб.

Робот оборудован массой всевозможных датчиков, включая высококачественные многоспектральные и тепловые камеры, импульсные лазерные сканеры и т.п. Все эти датчики позволяют собирать данные о фенотипе растения, включая данные о диаметре ствола, высоте и площади листьев. А данные о температуре, влажности почвы и воздуха, собираются при помощи портативной метеостанции.

Все собираемые роботом данные сохраняются в памяти бортового компьютера и передаются на ноутбук человека, управляющего этим роботом. При помощи этих данных можно создать полноценную трехмерную модель конкретного растения, построить прогнозирующие модели его дальнейшего роста, роста его биомассы и планируемую урожайность.

В настоящее время новый робот прошел испытания на полях, засаженных обыкновенным сорго, культурой, используемой для производства биотоплива. Результаты этих испытаний указывают на то, что робот сможет также хорошо работать и с другими культурами, включая основные зерновые культуры.

В настоящее время исследователи работают над новым вариантом робота, который будет более "худым", нежели первый прототип, и который сможет за счет этого более легко передвигаться между рядами растений. Исследователи прогнозируют, что законченный вариант робота появится к 2021 году, а его стоимость не будет превышать 5 тысяч долларов.
 

В течение многих лет ученые-физики исследовали строение положительно заряженных субатомных частиц, протонов, бомбардируя их потоком электронов и регистрируя интенсивность их отражения под разными углами. Таким образом ученым удавалось определить картину распределения электрического заряда и магнитные свойства частицы. В ходе этих экспериментов было выяснено, что распределение электрического заряда и магнетизма частицы почти полностью совпадают. Начиная с 2000-х годов, исследователи начали использовать в своих экспериментах поляризованные лучи электронов, это позволило значительно увеличить разрешающую способность экспериментов и привело к череде достаточно значимых открытий.

Одним из вышеупомянутых открытий стало то, что во время столкновения протона и электрона происходил так называемый фотонный обмен, но позже стало известно, что в некоторых случаях в этом фотонном обмене принимает участие не один, а два фотона одновременно, что приводит к появлению неравномерностей распределения электрического заряда. Согласно разработанной на основе экспериментальных данных, оба участвующие в обмене фотона должны быть "твердыми", т.е. высокоэнергетическими фотонами.

Для изучения особенностей двуфотонного обмена группа исследователей из лаборатории Ядерной физики (Laboratory for Nuclear Science) Массачусетского технологического института в течение семи лет занималась проведением эксперимента под названием OLYMPUS. Этот эксперимент проводился на синхротронном электронном ускорителе German Electron Synchrotron (DESY) в Гамбурге, Германия, и в его результатах содержатся доказательства того, что во время взаимодействия электрон-протон действительно происходит обмен двумя фотонами.

Однако, в отличие от теоретических прогнозов, результаты эксперимента OLYMPUS говорят о том, что во время обмена только один из фотонов является высокоэнергетическими, во втором фотоне заключено совсем небольшое количество энергии по сравнению с первым.

Получение экспериментальных результатов было сопряжено со многими трудностями. Ученым пришлось демонтировать целый спектрометрический комплекс BLAST, датчик которого имеет объем в 125 кубических метров, и перевезти его из Массачусетского технологического института в Германию. Во время окончательного монтажа датчик и сопутствующее ему оборудование прошли модернизацию, которая позволила улучшить их параметры.

Эксперимент OLYMPUS проводился параллельно с еще двумя подобными экспериментами, одним в США и вторым - в России. В данном случае протоны бомбардировались лучами отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных позитронов. А регистрация разницы между взаимодействиями двух видов дала ученым в руки большее количество ценной информации.

Сравнительные данные собирались на протяжении трех месяцев, а на анализ собранного массива информации потребовалось уже три года. Выявленная разница между теорией и практикой означает, что будущие эксперименты должны проводиться на еще более высоком уровне энергии, там, где эффект двуфотонного обмена должен проявляться с большей силой.

В ближайшем будущем ученые из Массачусетского технологического института планирует изучить реакцию научного физического сообщества на полученные ими результаты. "Может случиться так, что кто-нибудь укажет нам какую-то мелкую деталь, наличие которой приведет в согласие теорию и практику на уровне низкой, средней и высокой энергии" - пишут исследователи, - "Тогда и станет ясно, каким должен быть наш следующий шаг. Если мы не найдем недостающее "связующее звено", то мы продолжим искать его дальше, а если это звено будет найдено, то нам потребуется получить дополнительные экспериментальные доказательства".

Человеческий мозг является самым эффективным и очень мощным компьютером естественного происхождения. И совершенно неудивительно то, что множество исследователей занимаются разработкой компьютеров, принципы работы которых основаны на принципах работы мозга. Нейронные сети, системы искусственного интеллекта, способные к самообучению, являются самыми близкими к мозгу моделями, которые мы имеем на сегодняшний день. А ученые из Стэнфордского университета, также работающие в данном направлении, пошли несколько иным путем, они создали органический искусственный синапс, появление которого делает нас на шаг ближе к появлению "разумных" биологических компьютеров.

В недрах мозга нейроны обмениваются электрическими сигналами, проходящими через синапсы. Ионный канал, образующийся на стыке синапсов от двух нейронов, становится толще и более электропроводным каждый раз, когда через него проходит сигнал. Такое укрепление электрической связи позволяет тратить меньше энергии на передачу информации и на основе этого эффекта работает система памяти человека, которая позволяет ему учиться и накапливать опыт. 

В большинстве случаев искусственные нейронные сети имитируют вышеописанные процессы программным путем. И по мере увеличения узлов нейронных сетей увеличивается объем оперативных данных, которые растет еще больше по мере накопления опыта. Такой подход к построению нейронных сетей уже продемонстрировал свою эффективность на многочисленных примерах, победив Ли Седоля, мирового чемпиона по китайской игре Го, создав музыкальные произведения, картины и многое другое. Несмотря на это, компьютерным системам, на которых работают искусственные нейронные сети очень далеко до эффективности живого мозга с точки зрения количества используемой на это все энергии.
 

Стэнфордские исследователи, вместо того, чтобы моделировать нейронную сеть, решили сделать реальную нейронную сеть. И первым шагом к этому стало создание искусственного синапса, органического нейроморфного устройства, которое способно одновременно обрабатывать и хранить информацию. Структура созданного ими устройства напоминает структуру транзистора, искусственный синапс имеет три электрода, проводимость между которого обеспечивается солевым раствором с определенной концентрацией. Электрические сигналы проходят от одного электрода к другому, а управляет этим всем сигнал на третьем электроде.

Сначала исследователи изучили работу синапса, пропуская через него различные электрические сигналы, что позволило им выяснить значение напряжений, заставляющих синапс переключиться в определенное электрическое состояние. В отличие от транзистора, который может находиться в двух состояниях, во включенном и выключенном, искусственный синапс может находиться в одном из 500 дискретных состояний, что увеличивает его вычислительную мощность по экспоненте.

Однако, для переключения искусственного синапса из одного состояния в другое пока еще требуется энергия, в 10 тысяч раз больше, чем требуется для переключения состояния обычного живого синапса. Тем не менее, и данное достижение уже само по себе является большим шагом в "правильном" направлении. В своих дальнейших исследованиях стэнфордские ученые уже планируют использовать устройства меньших размеров, что должно увеличить их эффективность.

Используя один единственный искусственный синапс, ученые провели обширный ряд экспериментов и экстраполировали все собранные ими данные для их использовании в модели более сложной системы, состоящей из некоторого количества синапсов. И созданная модель достаточно простой нейронной сети справилась с задачей распознавания рукописных образов чисел от 0 до 9, дав правильный ответ в 97 процентах случаев. А в ближайшем времени ученые планируют построить реальную искусственную нейронную сеть, являющуюся воплощением моделируемой, для того, чтобы провести сравнительные исследования.

Достаточно известная компания Bell Helicopter никогда прежде не была замечена в "баловстве" с различными футуристическими идеями и концептами. Однако, "и на старуху бывает проруха", буквально на днях, в рамках выставки Heli-Expo 2017, проходившей в Далласе, штат Техас, компания представила вниманию общественности разработанный ее специалистами концепт винтокрылой машины FCX-001. Отличительными чертами этого аппарата является корпус, изготовленный из самых современных многофункциональных "умных" материалов, искусственный интеллект в роли второго пилота, гибридная двигательная установка и лопасти ротора, способные адаптироваться даже к самым резким изменениям условий полета.
 

"Шесть месяцев назад мы организовали творческую группу, задачей которой является отслеживание всех появляющихся новых технологий и разработка вариантов использования этих технологий в продукции нашей компании" - рассказывает Мич Снайдер (Mitch Snyder), президент компании Bell Helicopter, - "Одной из главных задач этой группы является визуальное представление всех технологий и новшеств, и концепт FCX-001 как раз и является продуктом такой визуализации".

Сразу бросается в глаза, что у вертолета FCX-001 отсутствует традиционный хвостовой винт, его заменяет внутренняя система, создающая противоположный вращающий момент. Такое решение позволяет повысить уровень безопасности вертолета, уменьшить создаваемый им шум и увеличить эффективность использования энергии, накопленной в аккумуляторных батареях или полученной за счет сжигания топлива. Гибридная двигательная установки включает в себя высокоэффективные тепловые двигатели нового типа, которые вращают электрогенераторы, приводящие в действие главные электродвигатели и остальное оборудование вертолета.
 

Еще одной отличительной чертой концепта FCX-001 являются лопасти ротора, способные изменять свою форму и конфигурацию, быстро адаптируясь к изменениям условий полета. Корпус вертолета изготовлен из "умных" многофункциональных материалов. Его прозрачные части установлены таким образом, чтобы обеспечить пилоту и пассажирам максимальный угол обзора. Более того, собственно корпус является одним из основных узлов энергетической системы вертолета, он выполняет роль аккумуляторной батареи и преобразователя, способного даже поглощать энергию из окружающей среды во время полета.

Внутри салона вертолета FCX-001 имеется только одно пилотское кресло, по максимуму снабженное технологиями виртуальной и дополненной реальности. А роль второго пилота и бортинженера берет на свои плечи система искусственного интеллекта, которая в случае необходимости может полностью взять на себя управление летательным аппаратом. Но и в обычном режиме пилоту отведена роль, близкая к роли пассивного наблюдателя. Согласно мнению компании Bell Helicopter это является первым шагом на пути к созданию ими полностью автоматических летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой.
 

Модульная конструкция пассажирской кабины позволяет устанавливать любое количество сидений, которые можно убрать и освободить место для дополнительного груза. Помимо этого, в пассажирском салоне также присутствуют системы виртуальной и дополненной реальности, которые позволяют пассажирам смотреть развлекательные или информационные передачи, проводить видеоконференции или работать с документами.

"Мы надеемся, что время, когда мы сможем начать воплощение подобных идей в реальности, уже не за горами" - рассказывает Мич Снайдер, - "И мы собираемся в будущем делать все это максимально открыто, а не за закрытыми дверьми, как это происходило раньше".

В течение многих лет ученые-химики занимаются поисками катализатора, способствующего реакции преобразования атмосферного углекислого газа в метан, который является сам по себе одним из основных видов топлива и сырьем для производства топлива других видов. И недавно ученые из университета Дюка (Duke University) нашли еще один высокоэффективный катализатор, крошечные наночастицы, изготовленные из родия, которые способствуют упомянутому выше химическому преобразованию под воздействием ультрафиолетового света.

К сожалению, родий - один из самых редких химических элементов на Земле. Однако, он играет достаточно важную роль в нашей повседневной жизни, он широко используется в различной измерительной технике и выступает в качестве катализаторов реакций, используемых при производстве лекарственных препаратов, моющих средств и другой бытовой химии. Родий так же используется в каталитических конвертерах, делающих выхлопные газы автомобилей менее опасными для окружающей среды.
 

Сначала ученые пытались использовать для преобразования углекислого газа в метан высокую температуру. Когда родиевые наночастицы были нагреты до температуры в 300 градусов Цельсия, начали идти химические реакции, действительно вырабатывающие метан. Однако, при этом было произведено и такое же количество угарного газа. Но после того, как наночастицы были освещены светом мощной ультрафиолетовой лампы, выход метана увеличился до 100 процентов, а выход угарного газа - снизился до нуля, соответственно.

"Наше открытие и дальнейшее изучение наблюдаемых явлений сможет продвинуть наше понимание тонкостей каталитических процессов далеко вперед" - рассказывает Джи Лью (Jie Liu), профессор химии, - "И после этого мы сможем использовать фотокаталитические реакции, которые имеют большую эффективность и обеспечивают большую чистоту конечного продукта, нежели реакции, идущие при высокой температуре".

А сейчас ученые работают над поиском способа, которым можно заставить идти химические реакции под воздействием естественного солнечного света. И в случае успеха данного мероприятия у человечества может появиться еще один тип альтернативной энергетики.

Группа ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, проводя очередные исследования, наткнулась на факты, указывающие, что некоторая часть нейронов в головном мозге человека является гораздо более активной, нежели было принято считать ранее. Центром проведенных исследований являлись дендриты, отростки нервных клеток, напоминающих ветки деревьев, растущие из центральной части нейрона, так называемой сомы. Ранее считалось, что дендриты являются лишь проводниками, по которым электрические импульсы, формирующиеся в соме, передаются другим нейронам. Однако, новые исследования показали, что и сами дендриты являются активными частями нервной клетки, они способны вырабатывать собственные импульсы, интенсивность которых в 10 раз больше интенсивности соматических нервных импульсов.

Данное открытие вступает в противоречие с традиционным мнением о том, что основным видом деятельности, формирующим воспоминание и отвечающим за восприятие, являются именно соматические импульсы. "На долю дендритов приходится около 90 процентов от общего количества нервной ткани" - рассказывает Маянк Мехта (Mayank Mehta), нейрофизик из Калифорнийского университета, - "Факт того, что дендриты являются более активными, чем сома, коренным образом меняет все, что нам известно об обработке и хранении информации в мозге. А дальнейшие исследования в этом направлении должна дать нам большее понимание природы некоторых неврологических расстройств и психических заболеваний. Более того, такая информация будет крайне полезна для построения компьютеров, работающих подобно мозгу человека".

Помимо всего прочего, исследователи обнаружили, что дендриты способны вырабатывать электрические импульсы большей длительности и большего напряжения, нежели сома. С точки зрения обработки сигналов, импульсы, вырабатываемые дендритами, больше походят на аналоговые сигналы, в то время, как соматические импульсы в чем-то родственны цифровым импульсным сигналам, курсирующим по схемам электронных чипов.
 

"Мы выяснили, что дендриты являются гибридами, способными производить и аналоговые и цифровые вычисления. В этом они более подобны элементам квантовых компьютеров, которые можно рассматривать как элементы аналого-цифровой обработки информации" - рассказывает Маянк Мехта, - "Одним из фундаментальных принципов нейробиологии, державшийся на протяжении 60 лет, было утверждение о том, что нейроны в целом являются чисто "цифровыми устройствами". Однако мы доказали, что дендриты ведут себя несколько иным образом, в их деятельности, конечно присутствует "цифровая" составляющая, но вырабатываемые ими сигналы имеют еще и аналоговые колебания. И нам пока еще неизвестно, какая из этих частей играет главную роль в деятельности мозга".

Все вышесказанное указывает на то, что "вычислительная мощность" нашего мозга может быть в сто раз больше, чем было принято считать ранее, ведь суммарный объем дендритов в те же самые сто раз больше суммарного объема сомы нейронов.

В своих исследованиях калифорнийские ученые использовали электроды, внедренные в мозг подопытного животного. Электроды располагались так, что они проходили совсем рядом с дендритами, что позволяло измерить уровень их деятельности и прочие параметры. Следует отметить, что в предыдущих подобных исследованиях ученые пытались ввести электроды непосредственно в дендриты, что, по всей видимости, убивало их и делало невозможным проведение каких-либо измерений. При помощи сигналов, снимаемых с электродов, ученые нашли, что дендриты были в пять раз более активны, нежели сома, во время сна, и в десять раз - во время бодрствования подопытного животного.

"В связи с множеством технологических трудностей предыдущие исследования функций головного мозга были сосредоточены на исследованиях тела нервной клетки, сомы" - рассказывает Маянк Мехта, - "Нам удалось взглянуть на "секретные" аспекты жизни нейронов, и эти аспекты в корне изменят все то, что нам известно о функционировании нервных клеток и головного мозга в целом".

Идея создания в виртуальном пространстве целых городов, которые представляют собой гигантские массивы и потоки информации, далеко не нова, она неоднократно являлась основой сюжетов различных научно-фантастических произведений и фильмов. Но нынешние технологии трехмерного моделирования, технологии виртуальной реальности и возросшая мощь современных вычислительных систем уже могут обеспечить переход вышеупомянутой идеи из разряда научной фантастики в разряд реально существующих вещей. И "первой ласточкой" в этом деле является проект Virtual Singapore, цифровой архитектурный проект, позволяющий градостроителям и специалистам смежных с этим областей проверять инновационные идеи в режиме "ускоренной перемотки".

Проект Virtual Singapore, в основе которого лежат новые модели визуализации данных, является детищем специалистов Национального исследовательского фонда Сингапура (Singapore National Research Foundation), французской компании Dassault Syst?mes, занимающейся разработкой программного обеспечения, и нескольких других организаций и частных компаний. Усилия всех этих людей направлены на создание максимально точной виртуальной копии реального города, который "построен" из огромного количества битов и байтов цифровой информации. Все вышесказанное очень напоминает хорошо известную компьютерную игру под названием SimCity, однако сейчас затруднительно даже определить степень различий в сложности и уровне детализации этих двух видов "виртуальных городов".

Проект, в рамках которого ведется разработка симулятора Virtual Singapore, носит название 3DExperience City и на его реализацию будет затрачена сумма в 73 миллиона долларов. А результатом реализации данного проекта станет всеобъемлющая модель города, которая сможет работать в режиме реального времени и в режиме "ускоренной перемотки". Внешний вид зданий, строений и сооружений будет максимально соответствовать всему, что находится в реальном городе, количество жителей города, их местонахождение в различное время суток, транспорт и все остальные аспекты также будут воссозданы с максимальной степенью правдоподобности. И, благодаря этому, специалисты смогут получать доступ к информации о количестве потребляемой отдельным зданием энергии, к примеру, одним щелчком мыши.
 

Накопление моделью информации в режиме реального времени поможет городским планировщиками и архитекторам вживую увидеть результаты реализации своих планов и новых идей. А обновляться эта модель будет в динамическом режиме, используя данные от огромного количества камер наблюдения, снимков со спутников и других доступных источников, которые будут обрабатываться специализированными программами на основе нейронных сетей и технологий искусственного интеллекта.

"Сингапур представляет собой самодостаточный город-государство, в пределах которого остается очень мало возможностей для новых экспериментов и проверок новых идей" - рассказывает Ниг Сио Йонг (Ng Siau Yong), один из сингапурских чиновников, "Проект Virtual Singapore освобождает нас от потребности проведения испытаний новых идей на реальном городе, ведь некоторые не очень удачные вещи могут очень быстро повергнуть его в хаос, восстановление порядка после этого займет длительное время, потребует значительных усилий и финансовых затрат".

И в заключении следует заметить, что сейчас ведутся работы по созданию цифровых копий и некоторых других крупных городов на земном шаре, включая Лос-Анджелес и Рио-де-Жанейро. Однако, проект Virtual Singapore является наиболее сложным проектом, кроме этого, цифровым "виртуальным" Сингапуром смогут пользоваться не только муниципальные службы, но и специалисты частных архитектурных, инжиниринговых и транспортных компаний.

"Этот виртуальный город станет первым подобным проектом в мире" - рассказывает Бернард Чарльз (Bernard Charles), вице-президент компании Dassault Syst?mes, - "Сейчас мы начинаем работы по созданию виртуальных копий и некоторых других самых крупных городов на Земле. И, хочется надеяться, что все это в будущем в корне изменит принципы работы градостроителей, коммунальных и муниципальных служб".
 

С 1945 по 1962 год США провели больше 200 ядерных испытаний в атмосфере, чтобы в полной мере изучить силу ядерного оружия. Эти ужасающие взрывы снимались под любым возможным углом и со всех расстояний. Затем фильмы — а их было около 10 000 — сохранялись в сверхсекретных хранилищах, разбросанных по всей стране. И вот, впервые в истории, около 4200 этих фильмов были отсканировали и еще 750 — рассекречены американским правительством. 60 из них можно посмотреть на YouTube. Некоторые в цвете, некоторые черно-белые, у всех — причудливые названия сверхсекретных миссий: операция «Пламббоб», операция «Чайник» и др.

Руководит проектом физик-ядерщик Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) Грег Сприггс, который надеется сохранить фильмы, проанализировать заново и выжать из них каждый бит данных. На самом деле, мы ведь многого еще не знаем о последствиях высотных ядерных взрывов, и сейчас они запрещены Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Публикуя фильмы и анализируя их, Сприггс надеется помочь другим физикам, обладающим ядерным оружием, больше узнать о ядерных взрывах.

«У нас нет никаких экспериментальных данных по современному оружию в атмосфере», говорит Сприггс. «Единственные данные, которые у нас есть, это старые испытания, поэтому все не так просто».

За последние пять лет Сприггс проанализировал около 400-500 фильмов. Очень важно их оцифровать, потому что все они сделаны на основе ацетата целлюлозы, который разлагается со временем. «Вы слышите запах уксуса, когда открываете банки», говорит он. «Мы знаем, что эти фильмы находятся на грани разложения и вот-вот станут бесполезными».

Рассекречивание фильмов — это «огромное бюрократическое мероприятие», пишет Сара Чжан в Wired. Для каждого фильма Сприггсу нужно заполнить форму, которая затем перейдет к Министерству энергетики на утверждение. Ядерные испытательные операции уже известны, поэтому нет никаких причин хранить фильмы в секрете.

Согласно статье, недавно опубликованной в издании Guardian, группе неврологов из Виргинского медико-технологического исследовательского института Карильон удалось установить разницу в работе мозга настоящих преступников и тех, кто совершает правонарушение непреднамеренно. Для этого достаточно лишь проанализировать снимок головного мозга.

В ходе серии экспериментов, ученые просканировали мозг 40 человек, каждого из которых просили пронести через воображаемую границу чемодан. Часть участников осведомили, что в чемодане лежат наркотики. Остальные не знали, что проносят через «границу», но подозревали, что делают что-то незаконное. Кроме того, ситуация осложнялось еще и тем, что никто из испытуемых не знал, будут ли «на таможне» проводить полный досмотр, а «таможенники» случайно выбирали людей, которых этому досмотру необходимо подвергнуть. В ходе опытов специалисты под руководством Рида Монтегю провели МРТ-сканирование головного мозга всем участникам эксперимента. Как выяснилось, во время совершения преступления у тех людей, кто осознанно нарушал закон, и у тех, кто был «преступником по неволе», проявляют активность нейроны из абсолютно разных отделов головного мозга.

Сравнительные снимки «настоящих преступников» (слева) и тех, кто «неосознанно преступал черту закона» (справа)

Как утверждают эксперты, естественно, подобное исследование требует дальнейших изысканий, и на основании данных, полученных от всего 40 человек, рано делать какие-либо выводы. Но, в случае успеха, подобное обследование сможет дать новый инструмент для раскрытия преступлений. Кроме того, на данный момент все еще неясно, можно ли реконструировать психическое состояние человека через несколько недель или месяцев после совершения преступления, чтобы по полученным данным можно было установить, случайно или преднамеренно человек совершил противоправное деяние.

Возможности даже самых современных телескопов, которые являются основным видом астрономических инструментов, ограничены размерами их апертуры, диаметром их линз или зеркала. Чем больше апертура телескопа, тем больше света попадает в его объектив и тем более высококачественные снимки он может сделать. Однако, исследователи из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюрихе нашли способ, позволяющий преодолеть фундаментальные ограничения, определяемые так называемой теоремой Найквиста-Шеннона (теорема Котельникова), а заключается этот способ в использовании двух конкурирующих искусственных нейронных сетей, прошедших через процесс специализированного предварительного обучения.

Нейронные сети были созданы группой, возглавляемой профессором Кевином Шавински (Kevin Schawinski), которая и произвела их обучение на наборе высококачественных снимков галактик и других космических объектов, сопровождаемых изображениями с искусственно заниженным уровнем качества и разрешающей способности. После этого ученые задали нейронным сетям обратную задачу, задачу превращения нечеткого изображений в более качественное.

В системе, созданной швейцарскими исследователями, используются две независимых нейронных сети, конкурирующие друг с другом. Такая технология имеет название "generative adversarial network", она требует более сложного процесса предварительного обучения, который длился несколько часов даже при условии использования высокопроизводительного компьютера в данном случае. Но такая технология позволяет получить более качественные результаты, чем технологии, в которых используется единственная нейронная сеть.

Обученные нейронные сети смогли распознать и восстановить по некоторым признакам столь мелкие особенности космических объектов, которые не смог увидеть телескоп в силу ограничений его оптической системы. Полученное изображение имело более высокий уровень детализации, нежели чем даже высококачественное исходное изображение, а данная технология обеспечивает гораздо более высокое качество результата, чем технология "обратной свертки" (deconvolution), используемая сейчас для улучшения качества снимков, сделанных космическим телескопом Hubble и другими телескопами.

"При помощи новой технологии мы можем произвести повторную обработку всех данных, накопленных астрономами за предыдущий период времени. Это позволит нам, не проводя дополнительных наблюдений, получить снимки с более высоким уровнем детализации из которых мы сможем узнать много нового о строении звездных систем, структуре галактик и их скоплении" - пишут исследователи, - "Более того, мы собираемся производить такую обработку абсолютно всех новых снимков, которые будет делать телескоп Hubble, будущий телескоп James Webb Space Telescope, что позволит нам узнать много нового о структуре Вселенной и о процессах, происходящих в ее глубинах".

А в скором времени, по завершению ряда необходимых работ, швейцарские исследователи собираются поместить код созданных ими нейронных сетей в открытый доступ. Это откроет целый ряд новых возможностей для исследовательских групп со всех уголков земного шара, которым приходится иметь дело со снимками глубин космического пространства.

Ученые и инженеры американского космического агентства НАСА начали испытания новой мощной электрической двигательной установки, которая в ближайшем будущем сможет выдвинуть аппараты новых миссий гораздо дальше в открытый космос, нежели это возможно сейчас. Экспериментальный образец двигателя Холла Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding (HERMeS), одной из разновидностей ионного двигателя, имеет мощность в 12.5 киловатт, что минимум в три раза больше мощности любой из других подобных систем.

В настоящее время двигатель HERMeS установлен в вакуумной камере Исследовательского центра НАСА имени Гленна, где он работает в условиях, максимально приближенных к условиям в реальном космосе. А использование таких двигателей планируется в системах на солнечной энергии (solar electric propulsion, SEP), которые будут потреблять в десять раз меньше топлива, чем другие ионные двигатели.

Новые электростатические двигатели Холла снабжены системой совершенной магнитной защиты, благодаря которой они могут обеспечивать, путь и не очень большую, но постоянную тягу на продолжении очень длительного периода времени. Несколько таких двигателей будет использовать космический аппарат миссии Asteroid Redirect Robotic Mission (ARM), суммарная мощность этих двигателей будет составлять 40 кВт, а мощность снабжающих их энергией солнечных батарей будет равна 50 кВт.
 

Именно демонстрация работы двигателей HERMeS является одной из главных задач миссии ARM, автоматический аппарат которой направится к одному из околоземных астероидов (near-Earth asteroid, NEA) для проведения исследований. К околоземным астероидам относят астероиды, находящиеся на удалении от Солнца на расстояние, не превышающее 1.3 Астрономической единицы.

Согласно имеющимся планам, миссия ARM будет состоять из двух частей, первая часть миссии будет полностью автоматической, ее запуск планируется произвести в декабре 2021 года. Во второй части миссии на один из астероидов отправится экипаж людей-исследователей, но пока эта часть находится на самой ранней стадии ее разработки и ее запуска следует ожидать не ранее 2026 года.

Астероидом, к которому направится первый аппарат миссии ARM, является астероид 2008 EV5. Но он был выбран только в качестве предварительного варианта, а окончательное решение руководство НАСА примет только в 2020 году.

Международная группа ученых, возглавляемая учеными из Массачусетского технологического института, создала первое в своем роде гибкое волокно, толщина которого сопоставима с толщиной человеческого волоса и которое позволяет передавать в мозг и получать обратно сигналы электрической, химической и оптической природы одновременно. Над созданием этого волокна работала ученые-материаловеды, химики, биологи и ученые других направлений, а в будущем, после того, как волокно приобретет еще более биологически совместимый характер, оно может быть использовано для изучения особенностей функционирования мозга, взаимосвязей между отдельными участками мозга и, естественно, для создания новых и более совершенных видов интерфейса между мозгом и компьютером.

Материал универсального "проводящего" волокна подбирался таким образом, чтобы обеспечить его максимальное подобие мягким нервным тканям. Это, в свою очередь, позволит подключать к мозгу имплантаты любой степени сложности, при этом, глубина "погружения в мозг" будет намного больше, чем это позволяют сделать используемые сейчас матрицы жестких металлических или кремниевых электродов.

Естественно, испытания функционирования волокна производились на подопытных животных. Через один из двух крошечных каналов внутри волокна в нейроны мозга грызунов был введен генетический препарат, делающий эти нейроны чувствительными к свету. Затем обработанные нейроны были освещены светом, переданным через оптический волновод внутри волокна. И под конец, ученые произвели регистрацию электрической деятельности отдельных нейронов, используя для этого электрическую проводимость определенных слоев волокна. И все это было сделано при помощи единственного волокна, толщиной около 200 микрометров, что чуть больше толщины человеческого волоса.

Ключевым моментом, позволившим создание такого многофункционального волокна, стала технология производства тончайших проводников, гибких и имеющих высокую электрическую проводимость. Основу проводников составляет тонкая полиэтиленовая трубочка, объем которой заполнен "хлопьями" графита. А процесс ее производства заключается в повторяющейся последовательности двух операций, нанесения графитового слоя на полиэтиленовую основу и сжатие всего этого под давлением с последующим нанесением очередного тончайшего слоя полиэтилена. Наличие графита в специальном полиэтилене, которой обладает собственной электрической проводимостью, увеличило его проводимость в четыре-пять раз.

Помимо высокой электрической проводимости, созданное волокно обладает прозрачностью, достаточной для передачи по нему оптических каналов. Кроме этого, за счет увеличения толщины одного из графитовых слоев во время производства, в одном волокне организовано два независимых световода, которые практически не оказывают влияния друг на друга. А полости, оставленные в объеме волокна, выступают в роли каналов, которые можно использовать для транспортировки по ним жидких веществ.

За счет малой толщины волокна ученые имеют возможность использовать матрицы таких волокон, охватывая ими достаточно большие участки мозга. Для демонстрации этой возможности волокна были помещены в несколько отдельных участков мозга подопытного животного, что это позволило ученым проследить пути следования нервных сигналов и сигналов ответных реакций мозга на эти сигналы.

В ближайшем времени ученые планируют уменьшить толщину многофункционального волокна, сделав его более гибким. Помимо этого, на замену полиэтилену ищется материал, который обеспечит волокну большую мягкость и увеличит его биологическую совместимость со всеми видами нервных тканей. А тем временем множество научных групп из различных уголков земного шара уже оценили возможности новой разработки и запросили в свое распоряжение некоторое количество многофункционального волокна для проведения собственных исследований.

Международная группа, возглавляемая Филиппом Делормом (Philippe Delorme), ученым-астрономом из Института планетологии и астрофизики в Гренобле (Institut de planetologie et d'astrophysique de Grenoble), произвела тщательные исследования таинственного объекта под названием CFBDSIR J214947.2-040308.9 (CFBDSIR 2149-0403) с целью определения его истинной природы. Изначально предполагалось, что этот объект, блуждающий по глубинам космоса в полном одиночестве, является молодым планетарным объектом или коричневым карликом небольшой массы. И проведенные дополнительные наблюдения позволили ученым выяснить некоторые интересные особенности этого объекта.

Напомним нашим читателям, что объект CFBDSIR 2149-0403 был обнаружен в 2012 году группой Филиппа Делорма. Тогда ученые высказали предположение, что объект мог иметь отношение к движущемуся скоплению AB Doradus и по классификации он был отнесен к изолированным объектам планетарного типа Т-класса. Однако, отсутствие убедительных доказательств планетарного происхождения объекта CFBDSIR 2149-0403, который позже в силу неких причин был "изгнан" из скопления, позволило ученым высказать еще одно предположение, что этот объект может быть коричневым карликом, "неудавшейся" звездой, которой не удалось разжечь свой внутренний термоядерный "реактор".

Для того, чтобы выяснить истинную природу объекта CFBDSIR 2149-0403, ученые использовали возможности нескольких астрономических инструментов, спектрограф X-Shooter и инфракрасную камеру HAWK-I телескопа Very Large Telescope's (VLT), камеру WIRCam телескопа Canada-France-Hawaii Telescope и космический телескоп Spitzer Space Telescope.

"Данные от всех этих инструментов позволили нам определить множество физических свойств объекта CFBDSIR 2149-0403, включая параллакс объекта и параметры траектории его движения" - рассказывает Филипп Делорм, - "И особенности его траектории указывают на то, что этот объект, по всей видимости, никогда не являлся членом скопления AB Doradus, что ставит некоторые дополнительные вопросы об его возрасте".

Самым важным выводом, который сделали ученые, получив данные новых наблюдений, является то, что объект CFBDSIR 2149-0403 с самой большой вероятностью представляет собой молодое (менее 500 миллионов лет) планетарное тело спектрального Т-класса, масса которого может находиться в диапазоне от 1 до 13 масс Юпитера. Тем не менее, еще не исключен полностью вариант, что объект CFBDSIR 2149-0403 может быть богатым металлами коричневым карликом с массой от 2 до 40 масс Юпитера. Сделать окончательный вывод об истинной природе объекта ученым мешает то, что при определенном составе атмосферы спектральные характеристики двух упомянутых выше типов практически совпадают.

"CFBDSIR 2149-0403 является весьма нетипичным субзвездным объектом, который представляет собой или планету, находящуюся в "свободном плавании", или коричневого карлика, обладающего ярко выраженными металлическими свойствами. И мы еще допускаем то, что данный объект может быть объектом пока неизвестного типа, который обладает некоторыми свойствами планеты и некоторыми свойствами коричневого карлика" - рассказывает Филипп Делорм.

На данном снимке, сделанном космическим телескопом Hubble Space Telescope, можно увидеть изображение удивительной галактики под названием UGC 12591. Галактика UGC 12591 не относится ни к одному из традиционных типов галактик, в ней сочетаются все отличительные особенности двояковыпуклых и спиральных галактик. UGC 12591 находится на расстоянии около 400 миллионов световых лет от Земли в самой западной области сверхскопления Персея-Рыб (Pisces-Perseus Supercluster), цепи из скоплений галактик, которое является одной из самых больших среди всех известных людям структур в космосе.

Помимо не самой обычной структуры галактика UGC 12591 выделяется еще тем, что она необычайно массивна. Сама галактика и ее ореол содержать материю, масса которой эквивалентна сотням миллиардов солнечных масс, что в четыре раза больше массы нашей галактики, галактики Млечного Пути, которую так же нельзя назвать маленькой. Кроме этого, галактика UGC 12591 вращается очень быстро, скорость ее вращения составляет порядка 1.8 миллиона километров в час.

Наблюдения телескопа Hubble за галактикой UGC 12591 позволили ученым-астрономам вычислить массу этой галактики и определить некоторые особенности процессов ее формирования. Правда, сейчас еще не до конца ясно, сформировалась ли эта галактика обычным образом, накапливая массу и вырастая со временем медленными темпами, или она стала столь массивной в результате столкновения и слияния ее с другой массивной галактикой в далеком прошлом.

Последний вариант является предметом повышенного интереса со стороны ученых-астрономов из-за того, что нашу галактику в будущем ожидает нечто подобное. Как мы уже рассказывали на страницах нашего сайта, приблизительно через 4-5 миллиардов лет Млечный Путь столкнется с галактикой Андромеды, и изучение галактики UGC 12591 может дать некоторые подсказки относительно того, что будет ожидать человечество в тот момент, если, конечно, оно все еще будет существовать через столь длительный промежуток времени.

На этом захватывающем снимке, сделанным не так давно космическим телескопом Hubble, показано скопление молодых суперзвезд под названием Westerlund 1. Это скопление находится на удалении 15 тысяч световых лет от Земли, что по космическим меркам совсем рядом с нами. Но самой отличительной чертой скопления является то, что в его недрах находится одна из самых больших звезд, известных астрономам на сегодняшний день.

Все звезды классифицируются по их спектральному типу, температуре поверхности, яркости и размерам. Анализируя данные о скоплении Westerlund 1, собранные космическим телескопом Hubble и другими астрономическими инструментами, астрономы обнаружил в этом скоплении нечто необычное. Этим необычным является звезда-монстр под названием Westerlund 1-26, которая первоначально ошибочно была отнесена к классу гипергигантских звезд. Но дополнительные наблюдения позволили уточнить, что данная звезда относится к классу красных супергигантов, а ее радиус в 1500 раз превышает радиус нашего Солнца. Для сравнения, если звезду Westerlund 1-26 поместить вместо Солнца в центр нашей системы, то ее граница прошла бы где-то далеко за орбитой Юпитера.

Остальные звезды скопления Westerlund 1, как считают ученые, сформировались при помощи тех же самых процессов, что и звезда Westerlund 1-26, у них у всех наблюдается схожий химический состав и они все имеют один и тот же возраст. Само скопление молодо с астрономической точки зрения, его возраст составляет около трех миллионов лет. Звезды этого скопления являются "младенцами" по сравнению с нашим Солнцем, которое освещает окружающее его пространство на протяжении 4.6 миллиарда лет.

С момента обнаружения большого количества планет в далекой звездной системе TRAPPIST-1, некоторые из которых могут быть пригодны для жизни, прошло не так уж и много времени. И недавно специалисты НАСА опубликовали короткий видеоролик с разрешающей способностью всего 11 на 11 пикселей, сделанный на базе снимков, полученным при помощи космического телескопа Kepler. В самом центре изображения видно засветку от центральной звезды системы, холодной карликовой звезды, находящейся на удалении 40 световых лет от Земли. К сожалению, качество этого снимка не позволяет рассмотреть семь планет, размеры которых сопоставимы с размером Земли, которые составляют "население" системы TRAPPIST-1.

Количество планет в этой системе и их основные показатели были определены путем регистрации телескопом Kepler изменений яркости свечения звезды в момент, когда между ней и Землей проходила одна из планет. Изменение яркости не превышало 1 процента и это практически невозможно обнаружить невооруженным глазом. Полученные телескопом снимки прошли через череду сложной математической обработки, позволившей выделить изменения яркости звезды и произвести компенсацию искажений, возникающих из-за движения космического телескопа. И теперь эти изменения, амплитуда которых была увеличена для визуальной наглядности, видны как мерцание пикселов на видеоролике.

Космический телескоп Kepler, работающий в рамках расширенной миссии K2, производил наблюдения за системой TRAPPIST-1 в течение 74 дней в период с 15 декабря 2016 года по 4 марта 2017 года. Для составления представленного на официальном сайте НАСА видео было использовано 60 снимков, сделанных камерой телескопа Kepler 22 февраля 2016 года в течение одного часа с промежутком в одну минуту. Разрешающая способность полученных снимков составляет 11 на 11 пикселей и этот снимок охватывает область ночного неба, площадью 44 квадратных угловых секунды. Эта область эквивалента размеру песчинки, которую держит человек в руке, вытянутой в сторону неба.

И в заключении следует отметить, что специалисты НАСА опубликовали столь "сырой" материал для того, чтобы дать ученым возможность выдвинуть предложения, касательно проведения дальнейших исследований, которые начнутся зимой этого года. А более детальные данные, прошедшие через процедуры калибровки и математической обработки, имеющие большую информационную ценность, будут опубликованы в мае этого года.
 

Если вам известно, что ДНК представляет собой генетический код, результатом выполнения которого является жизнь, то вам будет нетяжело представить, что при помощи ДНК можно производить другие вычисления и решать другие задачи. Идея использования ДНК для создания молекулярных ДНК-компьютеров была выдвинута еще в 1984 году, такие компьютеры, за счет особенностей их структуры и функционирования, могут справиться с решением определенных задач гораздо быстрее и эффективней обычных компьютеров. Помимо этого ДНК обладает целым рядом преимуществ по сравнению с кремнием, она имеет очень малые размеры, молекулы ДНК отличаются высокой стабильностью и могут оставаться в изначальном виде в течение очень долгих промежутков времени.

Группе ученых из Манчестерского университета, возглавляемой профессором Россом Д. Кингом (Ross D. King), удалось создать новое вычислительное устройство на базе молекул ДНК. Данное достижение является не только одной из демонстраций самой возможности, его главной особенностью является то, что созданный учеными ДНК-компьютер является самореплицирующимся, способным увеличивать собственную вычислительную мощность в случае такой необходимости. Если, к примеру, для решения определенной задачи традиционному компьютеру будет требоваться произвести миллион вычислений, то ДНК-компьютер в таком же случае сможет сделать миллион копий самого себя и выполнить задачу с большей эффективностью.

"Представьте себе, что перед компьютером стоит задача поиска выхода из лабиринта, и он добрался до очередной развилки" - рассказывает профессор Кинг, - "Традиционному компьютеру потребуется пойти сначала по одному пути и вернуться назад в случае неудачи. ДНК-компьютер же, в этот момент, может создать еще одну копию, которая пойдет по второму пути, в то время, как изначальный компьютер начнет двигаться по первому. И, совсем несложно догадаться, какой из компьютеров справится с такой задачей быстрее".

Не стоит ожидать, что в скором времени вы сможете играть в одну из компьютерных игр, смотреть видео или бороздить просторы Интернета, а в недрах процессора вашего компьютера для этого будет работать множество цепочек молекул ДНК. Такие биологические ДНК-компьютеры предназначены для выполнения совершенно иных задач. Их делом в будущем будет являться борьба с инфекциями, к примеру, "починка" организма человека и, возможно, обработка огромных массивов разнородной и разноплановой информации.

Конечно, работа, проделанная учеными из Манчестерского университета, является лишь началом длинного и сложного пути по еще совершенно неизученной области науки. Тем не менее, этот путь рано или поздно должен привести к созданию эффективных вычислительных устройств, которым будет по плечу быстрое решение задач любой степени сложности.