Явление квантовой запутанности, названное Альбертом Эйнштейном "призрачным взаимодействием на расстоянии", сохраняется даже при очень высоком ускорении движения. Этот факт установили во время экспериментов ученые-физики из Венского университета и Института квантовой оптики и квантовой информатики австрийской Академии наук. В этом эксперименте источник запутанных фотонов был помещен в контейнер, который с высокой скоростью перемещался по вертикальной шахте и вращался на центрифуге, действующее на него при этом ускорение составляло 30 g. Данный эксперимент был проведен для углубления понимания основных принципов квантовой механики, а результаты этого эксперимента помогут найти пути применения квантовых технологий в космосе.

Общая теория относительности Альберта Эйнштейна и теория квантовой механики являются двумя фундаментальными направлениями современной физики. Создание обобщенной "теории всего сущего" требует объединения вышеупомянутых двух теорий, но на сегодняшний день этого достичь не удалось, ведь явления, относящиеся к каждой из теорий, принципиально не могут наблюдаться в одно и тоже время.

Одним из ключевых явлений квантовой механики является явление квантовой запутанности. Заключается оно в том, что изменение квантового состояния одной из запутанных частиц, фотонов света, к примеру, моментально отражается на состоянии второй частицы, невзирая на разделяющее их расстояние, которое может быть сколь угодно большим. Ускорение во время движения, которое также использовалось в проведенном эксперименте, лучше всего описывается законами традиционной механики. И этот эксперимент стал первым в истории экспериментом, в котором на фотоны света одновременно оказывали воздействие явления, относящиеся к разным теориям.

Результаты эксперимента показывают, что явление квантовой запутанности "выживает", т.е. не наблюдается деградации качества квантовой запутанности, при ускорении в 30 g, ускорении, в 30 раз превышающем ускорение свободного падения на Земле. "Такие эксперименты должны нам помочь в будущем объединить теорию относительности и квантовую механику" - рассказывает Руперт Арсин (Rupert Ursin), глава исследовательской группы, - "Физическая выносливость запутанности крайне важна для использования квантовых технологий в космосе, ведь космические аппараты и корабли очень часто двигаются с большим ускорением и испытывают на себе массу других видов воздействий".
 

Первой частью эксперимента стал спуск контейнера с источником запутанных фотонов с высоты 12 метров, что позволило поместить источник в условия псевдо-невесомости. Во второй части эксперимента контейнер был установлен на центрифуге, обеспечивающей постоянную перегрузку с силой до 30 g. Для сравнения, самые большие перегрузки, возникающие при катании на американских горках, достигают значения 6 g.

Датчики, установленные в контейнере, контролировали уровень качества квантовой запутанности фотонов. Анализируя все собранные данные, ученые смогли определить значение верхнего предела ускорения, после которого ускорение оказывало влияние на квантовую запутанность. Однако, полученные данные об изменениях качества запутанности лишь незначительно превышали уровень собственных шумов измерительных устройств, что не позволяет считать достоверными результаты проведенного эксперимента.

"Следующим нашим шагом станут работы, направленные на стабилизацию работы нашей установки. Это, в свою очередь, позволит понизить уровень собственных iшумов и других помех, увеличить скорость вращения и получить большее значение ускорения движения" - рассказывает Руперт Арсин, - "И мы надеемся, что после всего этого нам удастся впервые зарегистрировать эффекты влияния явлений обычной физики на явления из области квантовой механики".

Мы все считаем технологию Wi-Fi удобным средством для объединения всех наших устройств в единую сеть и обеспечения высокоскоростного беспроводного доступа в Интернет. Однако, микроволновое излучение, вырабатываемое роутером или точкой доступа, может быть использовано для составления трехмерных изображений, по которым можно судить о происходящем в отдельных комнатах или в здании в целом.

Исследователи из Технического университета в Мюнхене (Technical University of Munich) разработали технологию, получившую название Wi-Fi-голографии, которая при помощи сигналов, отраженных от тел людей и объектов, позволяет получить трехмерное изображение. Этот метод, в первую очередь, может быть использован в промышленных автоматизированных системах управления для отслеживания объектов, принимающих участие в производственном процессе.
 

"Если бы наши глаза были способны воспринимать микроволновое излучение, мы с вами бы видели такую же точно картину окружающего пространства, как видит наша система" - рассказывает Фридеман Райнхард (Friedemann Reinhard), руководитель исследовательской группы.

На страницах нашего сайта мы уже не один раз рассказывали о возможности использования сигналов Wi-Fi для того, чтобы "видеть сквозь стены". Но достижение немецких ученых отличается от всего, что было создано ранее, они первыми использовали сигналы Wi-Fi и сигналы сетей сотовой связи для получения изображений при помощи голографической обработки.
 

Голографическая обработка требует наличия одной стационарной (неподвижной) и одной подвижной антенны, которую можно заменить несколькими неподвижными антеннами, установленными в различных местах. Только в последнем случае разрешающая способность получаемых изображений становится несколько ниже. "Эта ситуация сможет выправиться, когда будут приняты и внедрены стандарты Wi-Fi, работающего на частоте в 60 ГГц. На такой частоте мы сможем получать изображения с разрешающей способностью, исчисляющейся в миллиметрах" - рассказывает Фридеман Райнхард.

В настоящее время исследователи продолжают работать в направлении изучения типовых строительных материалов с целью выяснения их прозрачности по отношению к радиоволнам Wi-Fi-диапазона. После таких исследований станет возможным использование Wi-Fi-голографии при проведении спасательных работ, для поиска выживших внутри разрушенных зданий, в новых системах обеспечения безопасности и во многих других областях.

В августе этого года произойдет одно достаточно знаменательное и интересное событие. Этим событием будет поединок между двумя огромными роботами, роботом американской команды MegaBots и японским роботом Kuratas. Однако, этот поединок может перерасти в полномасштабные международные сражения, ведь совсем недавно на горизонте появился третий участник, китайский четвероногий робот под названием Monkey King, опытный образец которого был только на днях представлен вниманию общественности.

Робот Monkey King является творением группы под названием Greatmetal, и его конструкция кардинально отличается от конструкций двух остальных роботов-бойцов. Это одноместная 4-тонная машина, стоящая на четырех конечностях, по форме действительно напоминает большую обезьяну, скорее всего гориллу. И удивительным является то, что, со слов Шикина Сана (Shiqian Sun), одного из членов группы Greatmetal, на создание столь большой конструкции у них ушло всего два месяца.
 

Согласно имеющейся информации, основным видом передвижения робота Monkey King является максимально устойчивое передвижение на четырех конечностях, но, в случае необходимости, робот может стать на две ноги и использовать свои руки для нанесения ударов металлической штангой, которая закреплена у него на спине.

В настоящее время члены команды MegaBots, которые являются главными организаторами поединка роботов, решают, стоит ли им допускать на поле боя еще одного участника, который может стать более сильным и опасным соперником, нежели японский робот Kuratas, который имеет достаточно более слабую и уязвимую конструкцию. Но, в любом случае, появление третьего претендента является хорошим знаком и указывает на то, что к этому новому и своеобразному виду спорта, к "механическим схваткам", возник повышенный интерес и этот вид имеет шансы превратиться в будущем в нечто большее.
 

В настоящее время специалисты исследовательской группы компании Google, занимающейся практической реализацией технологий квантовых вычислений, уже имеют в своем активе опытный образец квантового процессора с шестью кубитами, организованными в две группы по три кубита. Согласно информации, предоставленной Джоном Мартинисом (John Martinis), главой вышеупомянутой группы, уже к концу этого года они собираются построить новое квантовое устройство, возможности которого уже перешагнут так называемый барьер "квантового превосходства", барьер, после которого производительность квантовой системы на некоторых специализированных задачах будет находиться далеко за пределами возможностей любого из существующих суперкомпьютеров.

Опытный шестикубитный квантовый чип стал своего рода полигоном для отработки технологий изготовления кубитов, организации связей между ними и интерфейсов между квантовым и окружающим миром обычной физики. Разработки всех этих технологий были начаты около двух лет назад и сейчас в распоряжении специалистов компании имеются "правильные" методы изготовления кубитов, их установки друг относительно друга и многое другое. "Нам еще предстоит проделать некоторый объем работы, в частности в области расположения кубитов так, как они будут располагаться на чипах крупномасштабных квантовых систем" - рассказывает Джон Мартинис, - "Но все разработанные нами процессы работают должным образом и мы готовы к совершению резкого качественного скачка. Этим скачком станет создание систем с 30-50 кубитами, работы над которыми уже ведутся в настоящее время".
 

Сейчас исследовательская группа, в состав которой входит 25 человек, проводит заключительные проверки некоторых конструктивных особенностей будущей квантовой вычислительной системы, в частности, линейного расположения цепочек кубитов, из которых потом будет собрана их двухмерная матрица. И, согласно планам, эта система должна обрести законченный вид не позднее конца этого года. 

Согласно некоторым теориям из области квантовых вычислений системы, которые смогут перешагнуть барьер квантового превосходства, должны содержать минимум 50 кубитов. А при большем количестве кубитов такие системы уже будут способны к решению столь сложных задач, которые невозможно решить в приемлемые сроки традиционными системами любой производительности. С этой точки зрения будущий процессор компании Google можно рассматривать как демонстрационную систему, но с другой точки зрения, этот процессор станет огромным шагом к появлению реальных универсальных квантовых компьютеров, которые смогут стать именно тем средством, которое обеспечит рывок вперед технологического развития человечества в целом. 

Ученые-физики из университета Нью-Мексико (University of New Mexico), Королевского колледжа в Лондоне (King's College London), Великобритания, и Института фотонных наук (Institute of Photonic Sciences), Испания, во время проведения совместных исследований столкнулись с проявлением весьма странных сил, воздействующих на наночастицы на самом маленьком уровне материального мира. Согласно результатам более тщательных исследований эти силы имеют отношение к пограничной области, находящейся на стыке нанофотоники, квантовой механики и классической физики. А за появление этих сил несет ответственность эффект Казимира.

Напомним нашим читателям, что эффект Казимира заключается в возникновении сил притяжения между двумя объектами, находящимися в вакууме на небольшом расстоянии друг от друга. Эти силы имеют не гравитационную природу, они возникают за счет колебаний электромагнитных волн, вызванных квантовыми флуктуациями в вакууме. Эти флуктуации, с точки зрения квантовой теории пространства, возникают за счет появления в вакууме и исчезновения огромного количества "виртуальных" частиц. Несмотря на очень малое время нахождения этих частиц в обычном пространстве, они успевают создать малые, тем не менее, ощутимые, силы давления на поверхность объектов.

"Поскольку мы занимаемся постоянным развитием области нанотехнологий, мы начинаем вторгаться на те уровни расстояний и размеров объектов, где подобные квантовые явления начинают доминировать над силами и явлениями из области классической физики" - рассказывает Алехандро Манхавакас (Alejandro Manjavacas), ученый-физик из университета Нью-Мексико, - "И на этом масштабе силы Казимира оказывают достаточно ощутимое воздействие на наночастицы, которые из-за этого демонстрируют весьма странное поведение".

Представьте себе крошечную сферическую наночастицу, вращающуюся над плоской поверхностью. С точки зрения классической физики, для того, чтобы эта сфера начала двигаться относительно поверхности, необходим контакт этой частицы с поверхностью. Однако, наномир уже не подчиняется полностью законам обычной физики и за счет торможения вращения наночастицы из-за столкновений ее с "виртуальными" квантовыми частицами, она начинает двигаться относительно поверхности, не входя с ней в контакт.

"Наночастица испытывает воздействие боковых сил, словно она входит в контакт с поверхностью. Но на самом деле ее и поверхность разделяет небольшой промежуток" - рассказывает Алехандро Манхавакас, - "Это все представляет собой проявление странных квантовых сил и явлений, тем не менее, ученые и инженеры-нанотехнологи должны будут учитывать подобное в своей дальнейшей работе".

В настоящее время данное открытие еще кажется не очень четким и не до конца обоснованным. Тем не менее, при его помощи можно объяснить некоторые из странных эффектов, наблюдаемых учеными, ведущими исследования на самом мелком масштабе физического мира. А тот факт, что направлением странных сил, воздействующих на наночастицы, можно управлять, изменяя расстояние между наночастицей и поверхностью, позволит разработать и изготовить новые наноразмерные устройства, использующие данный эффект в своих целях.

На страницах нашего сайта мы уже рассказывали нашим читателям о немецкой авиационной компании E-volo, специалисты которой разработали, изготовили и испытали опытный образец электрического многороторного летательного аппарата. В прошлом году этот 18-роторный летательный аппарат, Volocopter VC200, совершил свой первый пилотируемый полет с человеком на борту. А на выставке AERO, крупнейшей в Европе выставке, посвященной гражданской авиации, которая проходит во Фридрихсхафене, Германия, представители компании E-volo продемонстрировали общественности свою первую производственную модель - Volocopter 2X.
 

К сожалению, полетные и эксплуатационные характеристики аппарата 2X, корпус которого изготовлен из композитного волокна, оставляют желать лучшего. Дальность полета на одном заряде аккумуляторных батарей составляет всего 25-30 километров, максимальная скорость, которую способен развивать этот летательный аппарат, составляет 100 километров в час. Максимальное время полета в самом оптимальном с энергетической точки зрения режиме, на скорости 50 километров в час, составляет 27 минут.
 

Аппарат 2X, высота которого составляет два метра, может нести в своих недрах до 9 пакетов литий-ионных аккумуляторных батарей, на зарядку которых требуется приблизительно 120 минут. Система управления аппаратом содержит все необходимое для реализации режима полностью автоматического пилотирования. Однако, когда аппарат 2X в 2018 году примет участие в одной из экспериментальных программ "летающих такси", он будет летать под управлением квалифицированного человека-пилота.
 

По сравнению со своим предшественником, аппарат 2X получил более комфортную кабину с кожаными сиденьями и большими окнами, предоставляющими пилоту и пассажиру больший обзор окружающего пространства. Управление аппаратом осуществляется при помощи сенсорного экрана и джойстика, оно упрощено и автоматизировано до такой степени, что аппаратом сможет управлять человек, не имеющий пилотской лицензии.

В настоящее время к летательному аппарату Volocopter 2X уже проявило интерес множество компаний и организаций, включая и НАСА. Так что не удивляйтесь, если вы через пару лет увидите такое чудо, совершающее посадку на крышу штаб-квартиры компании Google или Facebook.

На страницах нашего сайта мы рассказывали о системе искусственного интеллекта AlphaGo, разработанной и обученной специалистами DeepMind, одного из подразделений компании Google. В свое время эта система, предназначением которой является играв в древнюю китайскую логическую и стратегическую игру Го, в серии из пяти матчей нанесла поражение Ли Седолю, чемпиону мира по этой игре. И буквально через месяц люди снова получат последний шанс на реабилитацию, на этот раз честь человечества будет защищать Кэ Цзе (Ke Jie), 19-летний китаец, который считается сейчас номером один в мире и который примет участие в одном из трех матчей, сражаясь против искусственного интеллекта.
 

Следует отметить, что ситуация складывается не в пользу Кэ Цзе. Мы рассказывали нашим читателям, что система AlphaGo, маскируясь под человека, тайно сыграла 51 матч в онлайн-режиме, не потерпев ни одного поражения. А в качестве противников системы выступали люди разного уровня квалификации, в том числе и Кэ Цзе.

Матчи с участием системы AlphaGo станут частью турнира "Future of Go Summit", который будет проводиться с 23 по 27 мая этого года в городе Вучжен (Wuzhen), Китай, в области, где, предположительно, была изобретена игра Го около 3 тысяч лет назад. Матчи, в которых примет участие система AlphaGo, будут отличаться друг от друга. Помимо основного события, матча "один на один" системы AlphaGo против Кэ Цзе, будет проведен матч, в котором против искусственного интеллекта будет сражаться команда из пяти самых квалифицированных китайских игроков. И еще одним видом матчей станет матч, в котором будут сражаться два человека, в качестве напарника каждого из которых будет выступать отдельный экземпляр системы AlphaGo.
 

Триумфальное "шествие" системы AlphaGo вовсе не означает начало конца человечества. "Появление системы AlphaGo на полях сражений игры Го привело к совсем неожиданному результату" - рассказывает Демис Хассабис (Demis Hassabis), один из основателей DeepMind, - "Новый сильный соперник заставляет людей становиться более сильными и применять более творческий подход к игре. Игроки уже разложили буквально "по косточкам" все матчи, в которых принимала участие система искусственного интеллекта. Этим самым они приобрели массу новых знаний и оригинальных решений в области короткой и более длинной стратегии этой игры".

"Игра системы AlphaGo служит доказательством тому, что смысл в игре могут иметь даже самые "неправильные" с точки зрения человека хода" - рассказывает Жоу Руийанг (Zhou Ruiyang), один из профессиональных игроков в Го, - "Теперь мы начинаем использовать абсолютно новые стили игры, которые никто не пробовал использовать раньше".
 

Нашим читателям, наверняка не раз доводилось видеть кадры из автомобильной рекламы или фантастических фильмов, на которых футуристические автомобили демонстрируют чудеса трансформации, двигаясь на огромной скорости. Все это делается в студиях спецэффектов, в которых для этого используются специализированные системы, позволяющие с максимальным визуальным эффектом смешать реальный мир и виртуальную реальность. Одной из таких систем является новая система с названием Cyclops, используемый в ее составе автомобиль больше всего напоминает внедорожный багги, обвешанный всевозможной электроникой и специальными маркерами. А система высокоскоростных камер, плюс высокопроизводительная компьютерная обработка, могут превратить этот непритязательный автомобиль в любую известную и неизвестную пока еще модель, сопровождая все это фантастическими спецэффектами.
 

Демонстрация системы Cyclops, в основе которой лежит известный игровой "движок" Unreal Engine 4, состоялась на конференции Game Developers Conference, которая проходила не так давно в Сан-Франциско. На базе этой системы была приготовлена презентация автомобиля Chevrolet Camaro ZL1 2017 года, виртуальная оболочка которого накладывалась на "каркас" багги в режиме реального времени.

Система Cyclops дает пользователю максимальную степень свободы в его действиях, человек может изменить цвет, сменить форму кузова автомобиля и выполнить массу других действий при помощи специального приложения для смартфона, в основе которого лежит технология дополненной реальности Google Tango.

Использование системы Cyclops позволит сэкономить режиссерам рекламы или фильмов массу времени, ведь пригодность отснятого материала определяется практически перед этапом окончательного монтажа. Кадры реальной съемки, пропущенные повторно через систему позволят внести необходимые изменения в конечное видео без необходимости проведения повторной съемки.
 

И в заключении следует отметить, что используемый в системе Cyclops автомобиль-багги, имеющий название Blackbird, имеет полностью модульную конструкцию, за счет чего его легко можно приспособить для удовлетворения каких-либо конкретных требований. "Мы можем обуть его в колеса от любого производителя. Так же имеется возможность изменения клиренса, высоты, длины и ширины автомобиля. И все это делается буквально за считанные минуты времени" - рассказывает Алистер Томпсон (Alistair Thompson), глава творческого коллектива студии The Mill, которая занималась разработкой системы, совместно со специалистами Epic Games, - "В системе Cyclops абсолютно все является динамическим, включая освещение, тени и отражения. Это придает конечному результату максимальную фотореалистичность, которую практически невозможно отличить от реальности".
 

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.

Космический исследовательский аппарат НАСА Cassini, пребывающий сейчас в районе Сатурна, сделал и передал на Землю серию снимков, на которых изображен один из самых загадочных спутников гигантской планеты, Пан (Pan). Этот спутник находится в пределах кольца А, оказывая огромное влияние на форму и строение системы колец Сатурна. Именно из-за этого влияния, считают ученые, в месте нахождения Пан-а, присутствует промежуток между кольцами, шириной 325 километров, известный под названием "деления (разрыва, щели) Энке" (Encke Gap).

В настоящее время аппарат Cassini вращается вокруг Сатурна по орбите, проходящей в непосредственной близости от кольца А. Эта предпоследняя фаза миссии позволяет ученым при помощи получаемых снимков более тщательно изучить строение тонкой кольцевой системы гигантской газовой планеты и систему его спутников различных размеров. Аппарат Cassiniвыполнит еще пять проходов мимо колец Сатурна прежде, чем начнется финальный этап его миссии, который получил название "Великий Финал" и проведение которого назначено на 26 апреля нынешнего года.

Пан относится к классу спутников-пастухов, которые двигаются вокруг Сатурна в пределах его кольцевой системы. Присутствие этих небольших космических тел формирует и поддерживает постоянную ширину разрывов в кольцевой системе, а гравитационное влияние спутников порождает волнообразные движения материала колец по обе стороны от траектории полета спутника.
 

7 марта 2017 года аппарат Cassini сблизился со спутником Пан на дистанцию 14 572 километра, с которой и были сделаны приведенные здесь снимки. Отметим, что эти снимки являются полностью "сырыми", не прошедшими через математическую обработку, предназначенную для увеличения разрешающей способности и других качественных показателей этих снимков. Но и без этой дополнительной обработки на снимках видно особенности весьма необычного строения спутника Пан, имеющего достаточно высокий круговой экваториальный горный хребет, придающий спутнику некоторое сходство с летающей тарелкой или пельменем, как кому будет угодно.

Ученые считают, что информация с полученных снимков, которая проявится после их последующей обработки, позволит им прояснить некоторые моменты касательно необычной внешности Пан-а, его геологии и ближайшего окружения.

В скором времени все человечество начнет генерировать цифровые данные в таких объемах, что они уже не смогут уместиться на имеющихся жестких дисках, магнитных лентах и прочих носителях информации. Именно поэтому ученые постоянно занимаются поисками новых методов хранения больших объемов данных, и наиболее перспективным методом является хранение информации, закодированной в виде последовательности молекул синтетической ДНК. А исследователи из Колумбийского университета и нью-йоркского Центра Генома (New York Genome Center, NYGC) продемонстрировали, что немного видоизмененный алгоритм, изначально предназначенный для сжатия видео для мобильных телефонов, может полностью раскрыть "информационный потенциал" молекул ДНК, позволяя сжать большее количество информации и упаковать ее в виде последовательности четырех базовых оснований ДНК.

Как уже неоднократно упоминалось на страницах нашего сайта, молекулы ДНК являются идеальным носителем информации из-за того, что они чрезвычайно компактны и могут сохраняться в целости и сохранности в течение очень долгого времени. В пользу последнего утверждения говорит тот факт, что недавно ученым удалось восстановить полный геном, используя генетический материал найденных в одной из пещер в Испании костей далекого предка человека, который жил около 430 тысяч лет назад.

Для кодирования в виде последовательности молекулы ДНК ученые отобрали несколько файлов различного типа, полный код компьютерной операционной системы, короткометражный французский фильм 1895 года, изображение подарочной карты Amazon, снимок послания человечества, отправленного на борту космического аппарата Pioneer и текст одной из научных работ Клода Шеннона (Claude Shannon).

Все эти файлы были упакованы в один большой файл, который был разрезан на множество коротких файлов. При помощи специализированного алгоритма эти короткие участки были перемешаны случайным образом, к ним была добавлена информация для обратного преобразования и, в конце концов, набор двоичных данных был сжат и преобразован в код, соответствующий последовательности всех четырех оснований ДНК.
 

В результате этого получился внушительный список из 72 000 нитей ДНК, каждая из которых состояла из 200 пар оснований. Эти данные были отправлены компании Twist Bioscience, специалисты которой и выполнили синтез искусственной ДНК, вернувшейся к исследованиям внутри пробирки спустя две недели. Для восстановления исходной информации ученые использовали обычную технологию считывания последовательности, секвенирования. Восстановленные файлы не содержали ни единой ошибки, а восстановленную операционную систему удалось установить на компьютер без малейших проблем. 

Более того, при помощи некоторых известных методов ученые скопировали исходную ДНК и сняли копии со сделанных копий. И даже в последнем случае информация, зашифрованная в ДНК, была восстановлена без ошибок.

И наконец, ученые продемонстрировали, что примененный ими метод сжатия позволяет упаковать 215 петабайт данных в молекулы ДНК, суммарный вес которых составляет 1 грамм. Это почти в 100 раз больше, чем это позволяют сделать другие методы, разработанные другими исследовательскими группами. "Мы полагаем, что нам удалось создать устройство хранения данных, имеющее самое высокое значение показателя плотности хранения информации" - пишут исследователи.

По поводу плотности, максимальная информационная емкость одного основания ДНК составляет два двоичных разряда. Однако, потребность включения в ДНК добавочной информации, необходимой для восстановления информации, понижает информационную емкость одного основания до 1.6 разряда. Но в любом случае, это на 60 процентов больше, чем было достигнуто при помощи других методов, и очень близко к теоретическому верхнему пределу в 1.8 бита на основание.

Непреодолимым препятствием к практическому применению ДНК в качестве носителя информации является высокая стоимость всего этого. Исследователи потратили около 7 тысяч долларов на синтез ДНК и еще 2 тысячи на то, чтобы считать записанную информацию. Следует отметить, что стоимость процесса считывания последовательности ДНК за последние годы снизилась в несколько раз, чего не скажешь о процессах синтеза искусственной ДНК. Тем не менее, тенденция снижения стоимости по мере появления новых технологий будет оставаться неизменной и есть надежда на то, что технологии хранения информации ДНК станут доступные не только "избранным", но и более широкому ряду людей, нуждающихся в этом.

Впервые в истории науки учеными из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL), Национальной лаборатории Брукхейвена (Brookhaven National Laboratory, BNL) и Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) удалось запечатлеть на видео процесс роста углеродных нанотрубок и упорядочивания их положения друг относительно друга. Понимание того, как ведут себя нанотрубки во время роста, позволит рассчитать процессы изготовления наноструктурированных материалов, которые можно использовать в аккумуляторах и суперконденсаторах следующего поколения, электронных проводниках, разделительных мембранах, тканях и т.п.

Для того, чтобы заснять процесс роста нанотрубок, ученые использовали просвечивающий электронный микроскоп (Environmental Transmission Electron Microscope, ETEM), совмещенный с камерой, способной снимать со скоростью тысячи кадров в секунду. Именно такая скорость и позволила запечатлеть весьма быстротекущие процессы, которые определяют параметры роста нанотрубок и образования других более сложных наноструктур.

Одним из впервые обнаруженных явлений является то, что "механическая конкуренция" соседних нанотрубок способствует их самовыравниванию, одновременно замедляя и ограничивая рост нанотрубок. "Такие знания позволят нам разработать ряд условий для производства сверхплотных материалов на основе углеродных нанотрубок" - рассказывает Эрик Мешот (Eric Meshot), ведущий ученый из LLNL, - "А эти материалы станут основой новых технологий и устройств, которые смогут изменить нашу с вами жизнь в будущем".
 

Глядя на все усилия, предпринимаемые людьми в направлении изучения других планет, возникает вопрос, почему почти все эти усилия сосредоточены на Марсе? Ведь Венера находится гораздо ближе к Земле, нежели Марс? Однако Венера, этот "адский шарик", имеет поверхность, еще более горячую, чем Меркурий, окруженную плотной и кислотной атмосферой. В таких условиях, как показала практика, ни одно электронное устройство не сможет проработать дольше нескольких часов. Но ученым из НАСА, похоже, удалось найти решение данной проблемы.

Напомним нашим читателям, что последним космическим аппаратом, опущенным на поверхность Венеры в 1982 году, стал советский аппарат, которому удалось проработать там около двух часов. Однако, если на свет появятся процессоры и другие чипы, способные функционировать при температуре более 400 градусов Цельсия, то на Венеру можно будет опустить даже венероход, который сможет там действовать в течение длительного времени.

Как уже упоминалось выше, основными факторами, препятствующими длительной работе электроники на поверхности Венеры, являются высокая температура и огромное давление. Подавляющее большинство современных чипов изготавливаются из кремния, который при высокой температуре теряет полупроводниковые свойства и начинает вести себя, как простой проводящий материал. Заменой кремнию в высокотемпературных чипах стал карбид кремния, которые сохраняет полупроводниковые свойства при высокой температуре, кроме этого, в чипе использованы электрические проводники из экзотических материалов, к примеру, силицида тантала, которые могут выдержать не только высокую температуру, но и продолжать работать в химически агрессивной окружающей среде.

При помощи ряда разработанных ими технологий исследователи создали опытный образец чипа, который был помещен внутрь экспериментальной установки Glenn Extreme Environments Rig (GEER), позволяющей с высокой точностью смоделировать условия на поверхности Венеры. Новому "венеростойкому" чипу удалось сохранить работоспособность на протяжении более чем трех недель, и этот срок мог стать еще большим, если бы ученые решили продолжить эксперимент.
 

То, что новый чип сумел сохранить свою работоспособность в столь сложных условиях, еще не означает, что данная технология уже готова к практическому применению. На опытном образце чипа была лишь сформирована простая схема обработки сигнала, состоящая всего из 24 транзисторов. "По степени сложности чипа мы находимся сейчас на уровне 1070-х годов" - пишут ученые, - "Но мы уже закончили разработку чипов с сотней транзисторов на кристалле, а в истории имеется ряд случаев успешных исследований космоса с чипами и меньшей сложности. Тем не менее, нам еще предстоит разработка простого процессора, который сможет управлять на примитивном уровне аппаратом, действующим на поверхности Венеры".

"Никому еще не удавалось сделать сложные электронные схемы, способные работать при столь высокой температуре и агрессивных условиях в течение длительного времени. И мы надеемся, что наша работа сделает возможным более тщательное изучение самой близкой к Земле планеты Солнечной системы".

Идея управления функционированием биологических живых клеток при помощи специальной электроники достаточно давно являлась лишь предметом научной фантастики. Но современные ученые уже некоторое время ведут исследования в данном направлении, видя во всем этом новые методы борьбы с различными заболеваниями. И, благодаря усилиям группы ученых из университета Мэриленда (University of Maryland, UM), электронное управление живыми клетками человеческого организма стало на один шаг ближе. Эти ученые разработали электрогенетическую "переключающую" систему, внедрили ее в бактериальные клетки и при ее помощи обрели способность управлять поведением одноклеточных организмов.

Главной проблемой в создании электрогенетической гибридной системы было то, что обе ее составных части работают совершенно различными способами. Клетки, из которых состоят все живые существа, по крайней мере здесь, на Земле, обмениваются информацией с другими клетками посредством специальных молекулярных каналов. Используя процесс, называемый экспрессией генной информации, хранящейся в ДНК каждой клетки, внутри нее производятся молекулы, такие, как определенные белки, ферменты и гормоны, которые и используются в качестве носителей передаваемой информации. Электронные же системы, как нам хорошо известно, для передачи информации используют потоки электронов, получаемые из источника энергии.

К сожалению, потоки электронов неспособны циркулировать внутри биологических систем также свободно, как по медным проводникам. Однако, внутри живых клеток существуют молекулы, способные выступать в роли неплохих проводников тока. Эти молекулы, относящиеся к классу окислительно-восстановительных биомолекул, могут накапливать и высвобождать электроны от внешнего источника во время химических реакций окисления и восстановления, в которых они принимают участие.
 

Ученым удалось внести в структуру окислительно-восстановительных биомолекул естественного происхождения некоторые изменения, превратившие ее в проводник электрического тока, текущего от одного электрода к другому. Глубина окислительной и восстановительной реакции определяется величиной и направлением текущего через молекулу тока, а при отключении тока молекула продолжает сохранять свое текущее состояние достаточно долгое время.

Модифицированные окислительно-восстановительные биомолекулы, помещенные внутрь одноклеточных организмов, стали работать в качестве "выключателей", активизирующих определенные процессы генной экспрессии. Это, в свою очередь, позволило управлять некоторыми из функций одноклеточных организмов простым щелчком выключателя и нажатием кнопки.

В качестве эксперимента были созданы микроорганизмы, начинавшие вырабатывать флуоресцентный зеленый белок при получении соответствующего электрического сигнала. И эти микроорганизмы в буквальном смысле начинали светиться, когда они были "включены" электрическим способом. Во второй вид экспериментальных микроорганизмов был встроен механизм управления синтезом белка CheZ, который стимулирует двигательную функцию этих организмов. И при помощи электрических сигналов ученые смогли управлять процессом движений и перемещения модифицированных бактерий.

"Электроника уже давно изменила нашу повседневную жизнь. И теперь, когда мы научились соединять электронику и биологию, мы получили возможность электронного управления нашим организмом на самом малом уровне, на уровне отдельных клеток и заключенной в них ДНК" - рассказывает Грегори Пэйн (Gregory Payne), участник исследовательской группы, - "Все это имеет огромный потенциал для создания "умных" гибридных биоэлектронных устройств, которые позволят организму успешно бороться даже с самыми тяжелыми заболеваниями, к примеру, с раком".

Людям, которым приходится в силу различных причин много передвигаться пешим порядком, знают, что это сопряжено с достаточно серьезными физическими нагрузками. Для уменьшения этих нагрузок исследователи из Лаборатории биодизайна Гарвардского университета создали эластичный экзоскелет, использование которого позволяет снизить расход энергии при ходьбе на целых 23 процента. И это является самым высоким показателем среди других подобных устройств.

Экзоскелет состоит из пояса, оборачиваемого вокруг талии человека, который соединяется четырьмя эластичными ремнями с двумя частями, оборачиваемыми вокруг голени человека. Встроенные в экзоскелет двигатели отдают свою силу лодыжке человека, уменьшая количество энергии, которую должны потратить мышцы голеностопного и коленного суставов. Система ремней продумана таким образом, что экзоскелету не требуется использования отдельных двигателей для коленного и голеностопного суставов, их работа облегчается за счет работы единственного двигателя.

В настоящее время создан опытный образец эластичного экзоскелета, в котором используются внешние двигатели. Но в ближайшем будущем будет разработан очередной вариант реализации этого устройства, который будет иметь встроенный источник энергии и собственные двигатели.

"Когда человек одевает экзоскелет, ему требуется некоторое время на привыкание" - рассказывает Конор Уолш (Conor Walsh), ведущий исследователь, - "Но затем, если вы будете перемещаться на большие расстояния, вы заметите достаточно сильное облегчение, особенно, если вам при ходьбе приходится нести достаточно тяжелый груз".

"Еще одним преимуществом мягкой конструкции является то, что в качестве опоры используются суставы человека, что позволяет избежать необходимости жесткой и точной синхронизации работы устройства с движениями человека" - рассказывает Джефф Колер (Jeff Koller), специалист из Мичиганского университета, занимающийся разработкой экзоскелетов с жесткой конструкцией, - "Мягкий экзоскелет в свое работе полагается на работу скелетно-мышечной структуры человека, а эта структура была доведена практически до совершенства в течение миллионов лет эволюции".

Естественно, что эластичный экзоскелет способен увеличить силу человека на гораздо меньшее значение, чем экзоскелеты с жесткой конструкцией. Однако, это все компенсируется малым весом самого устройства, его малыми габаритами и удобством использования.

Такой экзоскелет, в отличие от жесткого, не станет полезен для парализованных людей и людей, которым необходимо поднимать очень тяжелые грузы. Однако, он может стать неоценимым помощником для пожилых людей и для солдат, которым необходимо пешком перемещаться на большие расстояния, неся на своих плечах вес стандартной выкладки.