Czerwiec 2017

Naukowcy opracowali telefon, który działa bez baterii

Sukces komercyjny powerbanków pokazał, że nasze gadżety potrzebują coraz więcej energii. Naukowcy z Univeristy of Washington dowiedli, że jeśli ograniczymy możliwości telefonu, to można zbudować urządzenie, które nie potrzebuje baterii do działania.

Zaproponowane urządzenie oparte jest na zjawisku rozpraszania wstecznego (ang. backscattering). W skrócie wykorzystuje ono do zasilania fale radiowe już obecne w naszym otoczeniu. Choć projekt znajduje się w fazie początkowej, badaczom udało się już wykonać pierwsze połączenie telefoniczne z opracowanego przez nich telefonu bez baterii do drugiego smartfona, wyposażonego w system Android.

 

Osiągnięcie tego nie było jednak łatwe. Wcześniej udało się wykorzystać tę technologię jedynie do gadżetów zużywających bardzo mało energii, takich jak „śpiewające plakaty” czy „mówiące t-shirty”. „Konwersja analogowej ludzkiej mowy na sygnał cyfrowy wymaga wiele energii”, tłumaczy jeden z naukowców, Vamsi Talla.  Badacze musieli więc zaadaptować rozpraszanie wsteczne do warunków analogowych. Wykorzystali do tego celu technologię stosowaną podczas zimnej wojny w urządzeniach szpiegowskich.

Sygnał jest transmitowany na nielicencjonowanej częstotliwości do stacji bazowej, która łączy się z tradycyjną siecią komórkową poprzez Skype'a. Stacja bazowa nie tylko łączy telefon z siecią, ale także dostarcza mu niezbędnej energii. Na razie zasięg urządzenia nie jest imponujący, wynosi bowiem około 15 metrów, ale w przyszłości ma to ulec zmianie. „Prawdziwe stacje bazowe mają setki razy więcej mocy, co powinno zwiększyć zasięg do kilometra”, dodaje Talla.

 

Naukowcy pracują obecnie nad poprawą jakości telefonu i samego mechanizmu rozmowy. W tej chwili działa na zasadzie walkie-talkie. Zespół rozważa także dołączenie wyświetlacza e-ink a nawet aparatu.

 


Naukowcy odkryli, że woda może przyjąć dwie różne formy cieczy

Woda jest dla naukowców dziwnym związkiem chemicznym, bez którego człowiek, zwierzęta i rośliny nie mogłyby przeżyć. Doskonale wiemy, że woda może istnieć w stanie stałym, ciekłym lub gazowym. Jest to ciecz, która posiada niezwykłe właściwości i w pewnych warunkach zachowuje się dość nietypowo. Choć jest wszechobecna na naszej planecie, woda pozostaje tajemniczym związkiem, który nie został jeszcze w pełni przebadany.

 

Zespół chemików z Uniwersytetu w Sztokholmie dokonał odkrycia gdy wziął pod uwagę fakt, że zamrożona woda może przyjmować różne formy. Tzw. lód amorficzny, czyli amorficzna (bezpostaciowa) postać lodu, w której nie występuje struktura krystaliczna, także przyjmuje różne formy, które różnią się między sobą gęstością i mogą przekształcać się nawzajem. Badacze spekulowali, że mogą mieć one związek z formami wody o niskiej i wysokiej gęstości.

 

Z pomocą promieni rentgenowskich naukowcy obserwowali ruchy cząsteczek w lodzie amorficznym, który przechodził ze stanu o wysokiej gęstości do stanu o niskiej gęstości. Chemicy doszli do wniosku, że obie fazy lodu amorficznego to w rzeczywistości dwa różne ciekłe stany wody.

"Możliwość dokonywania nowych odkryć w wodzie jest fascynująca i wielką inspiracją dla moich przyszłych badań. Szczególnie ekscytujące jest to, że nowe informacje uzyskano dzięki promieniom rentgenowskim, a pionier promieniowania X Wilhelm Röntgen sam spekulował nad możliwością istnienia dwóch różnych form wody oraz wzajemną zależnością między nimi, która może dawać jej dziwne właściwości" - powiedział Daniel Mariedahl, doktorant z Uniwersytetu w Sztokholmie.

Jak powiedzieli sami naukowcy, woda w temperaturze pokojowej nie potrafi określić się w jakiej powinna być formie - czy powinna posiadać niską gęstość, czy wysoką, co prowadzi do lokalnych fluktuacji. Stwierdzono również, że woda nie jest skomplikowaną cieczą, lecz dwoma formami cieczy, które pozostają w skomplikowanych relacjach. Dzięki nowym badaniom dokładniej poznajemy czym właściwie jest woda - powszechnie dostępny związek, który skrywa wiele tajemnic.

 


Laser Diokles wygenerował światło miliard razy jaśniejsze od Słońca

Podczas eksperymentów przeprowadzonych przez fizyków z Uniwersytetu Nebraska, laser Diokles wygenerował wiązkę światła o intensywności równej miliarda Słońc. Jest to najjaśniejsze światło jakie zostało stworzone przez człowieka.

 

Laser Diokles rozpoczął pracę w 2006 roku i znajduje się w uniwersyteckim Extreme Light Laboratory. Zespół badawczy zajmował się zjawiskiem rozpraszania fotonów przez elektrony, które zawieszono w helu i wystawiono na działanie potężnego światła laserowego.

Źródło: Uniwersytet Nebraska

Dotychczasowe eksperymenty pozwoliły rozproszyć tylko kilka fotonów na jednym elektronie. Naukowcy z Uniwersytetu Nebraska, korzystając z lasera Diokles, zdołali rozproszyć niemal tysiąc fotonów jednocześnie.

 

Co ciekawe, fotony i elektron zachowywały się w zupełnie inny sposób niż zwykle. Foton zazwyczaj rozprasza się na elektronie pod tym samym kątem i z taką samą energią, jaką miał przed uderzeniem w elektron niezależnie od jasności światła. Naukowcy odkryli jednak, że przekraczając pewną granicę jasności następuje zmiana kąta, kształtu i długości fali rozproszonego światła.

 

Zmiana ta jest częściowo związana z elektronem, który będąc pod wpływem tak potężnego światła przestaje poruszać się w górę i w dół, lecz zaczyna wykonywać ósemki. Elektron emitował również foton, który pochłaniał energię wszystkich rozproszonych fotonów i uzyskał energię oraz długość fali właściwą dla promieni rentgenowskich.

Źródło: Donald Umstadter/Wenchao Yan

Powstałe w wyniku badań promieniowanie X można  wykorzystać np. medycynie do tworzenia nanoobrazów 3D, które będą wymagały mniejszych ilości promieniowania. Dzięki temu będzie można obrazować miniaturowe guzy nowotworowe, które pozostają niewidoczne dla obecnych aparatów rentgenowskich.

 


NASA wystrzeliła w kosmos najlżejszego na świecie satelitę, opracowanego przez hinduskiego studenta

Młody hinduski student zaprojektował najlżejszego na świecie satelitę. Jest to niewielkie urządzenie w kształcie kostki, którego korpus został wykonany z włókna węglowego, wydrukowanego w drukarce 3D. Satelita został wystrzelony w kosmos przez agencję NASA z kosmodromu Wallops Flight Facility.

 

Urządzenie KalamSat (nazwa na cześć Abdula Kalama, naukowca i prezydenta Indii w latach 2002–2007) zawiera komputer pokładowy, czujniki do pomiarów ziemskiej magnetosfery oraz niewielki licznik Geigera. Satelita posiada kształt kostki o wymiarach 3,8 cm x 3,8 cm i waży tylko 64 gramy. Zaprojektował go 18-letni student Rifath Shaarook.

W czwartek, należąca do agencji NASA rakieta sondażowa wyniosła KalamSat w kosmos. Satelita odłączył się od rakiety 125 minut po starcie i wykonał kilkugodzinny lot suborbitalny po czym wpadł do morza. Naukowcy z NASA wydobyli go celem odczytania zawartych w nim danych.

 

Rifath Shaarook to hinduski student, który wygrał konkurs przygotowany przez organizację I Doodle Learning. Już w wieku 15 lat jako młody inżynier skonstruował helowy balon meteorologiczny o masie 1 200 kilogramów, który został wysłany do stratosfery.

 


Jaki wpływ na ludzkie zdrowie ma radioaktywny pluton i uran?

Wszystkie materiały promieniotwórcze podczas ich rozkładu mogą powodować poważne problemy zdrowotne. Niestabilne izotopy promieniotwórcze o różnej masie cząsteczkowej ulegają rozkładowi, co uwalnia energię potrafiącą zabijać komórki lub uszkadzać DNA, generując mutacje prowadzące na przykład do powstawania nowotworów.

 

Okres połowicznego rozpadu plutonu to 24 tysiące lat, czyli tyle czasu potrzeba, żeby połowa jego masy zmieniła się w bardziej stabilne substancje. Wynika stąd, że pluton obecny w środowisku ma na nie szkodliwy wpływ przez długi okres czasu. Ekspozycja na radioaktywny metal może być śmiertelna dla żyjących istot, prowadząc do mutacji komórek narządów wewnętrznych, powodując na przykład raka płuc poprzez wdychanie.

 

Badanie na myszach z 2011 roku opublikowane w czasopiśmie Nature Chemical Biology wykazało, że pluton zalega w komórkach nadnerczy zastępując żelazo, które występuje w ich receptorach. Badanie wykazało również, że pierwiastek często magazynuje się w komórkach wątroby oraz krwi. Jednak fakt, że ludzkie ciało „preferuje” żelazo względem plutonu, może prowadzić do nowych sposobów leczenia zatrucia pierwiastkiem. Naukowcy proponują „zalewać” wspomniane receptory żelazem i tym samym zapobiegać wchłanianiu szkodliwego plutonu.

Innym szkodliwym pierwiastkiem jest uran. Jego izotopy posiadają czas połowicznego rozpadu od 25 tysięcy do nawet 4,5 miliarda lat. Zdaniem naukowców największe zagrożenie wynikające z ekspozycji na uran jest związane z uszkodzeniem nerek.  Inne problemy to zwłóknienie i rozedma płuc. Badania wykazały jednak, że małe dawki uranu, na przykład spożywanego wraz z wodą ze skażonej studni, nie wykazują żadnego wpływu na funkcjonowanie wspomnianych organów.

 

Podobnie jak pluton, uran emituje promieniowanie alfa. Może także rozpadać się do radu, który zwiększa ryzyko zachorowania na raka. Bardzo duże ilości promieniowania mogą prowadzić do choroby popromiennej, której jedną z oznak jest krwawienie z przewodu pokarmowego. W wyniku katastrofy w Czarnobylu 28 ratowników zmarło bezpośrednio w wyniku choroby popromiennej w ciągu 3 miesięcy po zdarzeniu, a odsetek osób chorych na raka wzrósł czterokrotnie na przestrzeni kolejnych 10 lat.

Na szczęście katastrofy, których doświadczamy obecnie nie są na ogół na tyle wysokie, by można było mówić o podwyższonym ryzyku rozwoju chorób nowotworowych. Przykładowo pracownik elektrowni jądrowej w Fukushimie, wystawiony na działanie promieniowana w dawce 100 milisiwertów, może doświadczyć zwiększonego ryzyka choroby o jedynie pół procenta.

 


Korea Południowa pracuje nad kolejką Hyperloop

Nie będzie przesadą stwierdzenie, że futurystyczną kolejką Hyperloop zainteresował się cały świat. Nowoczesna i superszybka forma transportu jest opracowywana w wielu państwach świata - w USA, Zjednoczonych Emiratach Arabskich oraz kilku państwach europejskich, w tym także w Polsce. Hyperloop stanie się również częścią przyszłego nowego Jedwabnego Szlaku na terenie Rosji. Teraz kolejne państwo postanowiło dołączyć do szybko poszerzającego się grona zwolenników tej kolejki.

 

Amerykańska firma Hyperloop Transportation Technologies nawiązała współpracę z południowokoreańskim rządem oraz dwoma instytucjami - Koreańskim Instytutem Inżynierii Lądowej i Budownictwa oraz Uniwersytetem Hanyang. Ich celem będzie zbudowanie pełnowymiarowej sieci kolejki Hyperloop. Pomiędzy stronami powstała kooperacja, która pozwoli stworzyć cały system od podstaw.

 

Pierwsze plotki o budowie nowej formy transportu, która w Korei Południowej otrzymała nazwę HyperTube Express, pojawiły się już w styczniu, lecz żadna ze stron nie potwierdzała tej informacji.

 

Plan zakłada powstanie stacji początkowej i końcowej w miastach Pusan i stolicy Seul. Taką trasę można pokonać samochodem w około 3 godziny, natomiast Hyperloop skróci ten czas do ponad 20 minut. Sama lokalizacja jest bardzo korzystna, ponieważ połączy południowo-wschodnią część kraju z północno-zachodnią. Na dzień dzisiejszy nie wiemy jednak kiedy powstanie południowokoreański HyperTube Express, lecz prace z pewnością potrwają lata.

 


Naukowcy planują wysłać w przestrzeń kosmiczną zmiennokształtne obiekty 4D

Zespół naukowców z Georgia Institute of Technology opracował nową metodę tworzenia obiektów, które po wystawieniu na konkretne czynniki zewnętrzne zmieniają swoje kształty. Technologia może mieć wiele ciekawych zastosowań, np. w astronomii i medycynie.

 

Naukowcy od kilku lat pracują nad nową technologią druku 4D. Polega on na tym, że urządzenia tworzą same materiały, które są wrażliwe na różne czynniki, np. temperaturę, światło lub kontakt z wodą. Gdy materiały te zostaną wystawione na któryś z nich, ich kształt zacznie ulegać przemianie aż powstanie konkretny trójwymiarowy obiekt.

Tymczasem badacze z Georgia Institute of Technology skorzystali ze standardowej techniki druku 3D oraz zasady "tensegrity". Naukowcy wydrukowali obiekt stosując inteligentne polimery z pamięcią kształtu. Gdy poskładany obiekt zostanie podgrzany do temperatury 65 stopni Celsjusza to zacznie się powoli rozkładać i pozostanie już w takim stanie. Aby go przywrócić do poprzedniej formy, wystarczy ponownie podgrzać strukturę do tej samej temperatury.

 

Obiekty tego typu są bardzo lekkie i jednocześnie wyjątkowo wytrzymałe a w początkowej formie zajmują niewiele miejsca. Naukowcy starają się teraz ulepszyć swoją metodę, aby powstałe struktury można było wielokrotnie przekształcać bez ich uszkodzenia. W przyszłości technologia ta może przyczynić się do powstania miękkich robotów, statków kosmicznych lub specjalnych urządzeń komunikacyjnych i okaże się przydatna podczas budowy pierwszej marsjańskiej kolonii. Jednak miną jeszcze lata, zanim obiekty 4D zostaną wysłane w kosmos.

 


W Chinach powstaje pierwsza kwantowa sieć satelitarna

Chiński satelita z powodzeniem dostarczył do stacji naziemnych pary splątanych fotonów. Powiązane ze sobą cząstki przebyły trasę o rekordowej długości od 1 600 do 2 400 kilometrów i wciąż pozostawały splątane. Sukces naukowców przyczyni się do stworzenia pierwszej kwantowej sieci satelitarnej.

 

W sierpniu 2016 roku Chiny wysłały na orbitę i uruchomiły pierwszego na świecie satelitę do telekomunikacji kwantowej Micius. Na jego pokładzie umieszczono kryształ, który generuje pary splątanych fotonów. 16 czerwca na łamach czasopisma Science opisano eksperyment, który pozwolił przesłać pary powiązanych ze sobą fotonów z orbity do trzech stacji naziemnych, oddalonych od siebie o około 1 200 kilometrów. W zależności od położenia satelity, pary cząstek przebyły od 1 600 do 2 400 kilometrów. Jest to wielkie osiągnięcie biorąc pod uwagę, że dotychczasowy rekord dla takiej transmisji wynosił tylko 100 kilometrów.

 

W przypadku tak długich dystansów zachowanie splątania kwantowego między fotonami jest bardzo trudne, ponieważ środowisko może wpływać na ich wzajemne powiązanie. Troposfera to najniższa a zarazem najgęstsza warstwa atmosfery, która normalnie powinna wywierać silny wpływ na splątane cząstki. Okazało się jednak, że fotony wysłane dzięki wiązkom laserowym pozostawały splątane, zatem wykorzystana przez naukowców z Chin metoda jest jak dotąd najwydajniesza ze wszystkich.

Osiągnięcie to pozwoli temu państwu stworzyć pierwszą na świecie satelitarną sieć kwantową. Jednak system ten musi jeszcze zostać dopracowany. Chiny planują w najbliższych latach wystrzelić na orbitę kolejne satelity, które posiadałyby na swoim wyposażeniu jeszcze potężniejsze wiązki laserowe, ponieważ satelita Micius może dostarczać splątane fotony tylko w nocy. 

 

W zeszłym roku, w Chinach powstała również naziemna linia komunikacji kwantowej o długości około 2 tysięcy kilometrów, która w przyszłości zostanie połączona z satelitarną siecią kwantową. Nowa forma komunikacji będzie niemożliwa do zhakowania, ponieważ jakakolwiek próba odczytu poufnych informacji spowoduje jej bezpowrotne zniszczenie, natomiast nadawca wiadomości będzie wiedział o nieudanej próbie jej przechwycenia.

 


Robak wysłany w przestrzeń kosmiczną powrócił z dwiema głowami

Wyniki eksperymentu przeprowadzonego przez naukowców z Tufts University wskazują, że przestrzeń kosmiczna może być dla człowieka bardzo niebezpieczna. Robaki wysłane na Międzynarodową Stację Kosmiczną uległy mutacjom, zaś u jednego z nich wyrosła druga głowa.

 

Robaki płaskie, czyli tzw. płazińce, posiadają niesamowite zdolności regeneracyjne. Gdy ciało ulegnie uszkodzeniom lub zostanie rozerwane na dwie części to każda z nich odbuduje się, a dwa fragmenty będą stanowiły dwa osobne byty. Dlatego mówi się, że robaki te są (w pewnym sensie) nieśmiertelne.

 

Naukowcy postanowili wysłać grupę płazińców na Międzynarodową Stację Kosmiczną, aby zbadać funkcjonowanie komórek w przestrzeni kosmicznej w warunkach mikrograwitacji. Na ISS dostarczono całe i zdrowe robaki płaskie oraz ich fragmenty w probówkach, w których znajdowało się powietrze i woda. Druga grupa płazińców została poddana podobnym testom, lecz na powierzchni Ziemi.

 

Robaki płaskie żyły na pokładzie ISS przez 5 tygodni, po czym powróciły na Ziemię. Naukowcy obserwowali je przez kolejne 20 miesięcy - sprawdzali ich zachowania oraz zdolności regeneracyjne. Wyniki badań są zaskakujące.

 

Po pierwsze, płazińce z ISS zaczęły w dziwny sposób reagować na kontakt ze świeżą wodą. Przez około 2 godziny pozostawały zwinięte i częściowo sparaliżowane. Po drugie, fragmenty robaków zaczęły ulegać spontanicznym podziałom, w wyniku których powstało kilka nowych identycznych stworzeń.

 

Trzecia i ostatnia kwestia, która okazała się najbardziej zaskakująca dotyczy jednego konkretnego przypadku. Fragment jednego z płazińców, który został wysłany na Międzynarodową Stację Kosmiczną zregenerował się w taki sposób, że po jego drugiej stronie wyrosła dodatkowa głowa. Tym samym robak posiadał dwie głowy. Co ciekawe, gdy naukowcy odcieli obie, płaziniec zregenerował się i ponownie wyrosły mu dwie głowy.

 

Wyniki eksperymentu są zaskakujące, szczególnie w przypadku osobnika z dwiema głowami. Co prawda naukowcy nie wiedzą dlaczego doszło do tej mutacji ale uważa się, że przyczyną może być nic innego jak podróż kosmiczna. Podczas przyszłych eksperymentów uczeni wezmą w przestrzeń kosmiczną większe ilości robaków i postarają się ustalić co dokładnie było przyczyną tych nietypowych zmian. Przy tej okazji na nowo rozpoczęto dyskusje nad potencjalnymi zagrożeniami dla ludzi, którzy przebywają na pokładzie ISS. Pojawia się pytanie czy człowiek będzie w stanie przeżyć na Marsie.

 


Elon Musk ujawnił swój plan kolonizacji Marsa

Znany wszystkim miliarder Elon Musk chciałby doprowadzić do kolonizacji Czerwonej Planety. Minie jeszcze wiele lat zanim jego marzenie zostanie spełnione, ale Musk bardzo aktywnie stara się rozwiązać problemy, które stoją na jego drodze. W internecie opublikował niedawno plan, w którym skupił się między innymi na ograniczeniu kosztów podróży na Marsa i zbudowaniu kolonii na tej planecie.

 

Zgodnie z jego wyliczeniami, wysłanie załogi składającej się z 12 osób na Marsa może kosztować od 100 do 200 miliardów dolarów. Kwota ta jest zdecydowanie zbyt wysoka i jest poważnym problemem dla przyszłej misji kosmicznej. Aby plany kolonizacji Czerwonej Planety stały się bardziej realne należy tę sumę "nieco" obniżyć. Elon Musk twierdzi, że bilet w jedną stronę dla jednej osoby może kosztować około 10 miliardów dolarów. Za taką kasę prawdopodobnie nikt nie zechce polecieć na Marsa.

 

Dlatego zamiarem Muska będzie obniżenie tej kwoty do około 200 tysięcy dolarów za osobę. Bardziej przystępna cena za bilet w jedną stronę zachęci więcej potencjalnych kolonizatorów. Miliarder zastanawia się więc w jaki sposób obniżyć te koszty.

 

W swoim planie wymienił konieczność opracowania statków kosmicznych wielokrotnego użytku, które mogłyby przemieszczać się między Ziemią a Marsem i na odwrót. To pozwoli zaoszczędzić sporo pieniędzy. Aby lepiej zrozumieć ten problem proszę sobie wyobrazić, że dzisiejsze samoloty pasażerskie można byłoby wykorzystać tylko raz - lot samolotem byłby więc zarezerwowany tylko dla najbogatszych.

 

Kolejne bardzo ważne i ściśle powiązane ze sobą kwestie to możliwość produkcji paliwa (methaloxu) bezpośrednio na Marsie przy stosunkowo niskich kosztach oraz tankowanie statków kosmicznych na orbicie.

 

Elon Musk wyliczył również, że samowystarczalne marsjańskie miasto potrzebowałoby około miliona mieszkańców. Jeśli jeden statek kosmiczny może wykonywać loty co 2 lata i może zabrać na pokład 100 osób wraz ze sprzętem niezbędnym do zbudowania kolonii, to należałoby wykonać około 10 tysięcy lotów. Misję kosmiczną można byłoby przyspieszyć budując więcej statków, które mogłyby pomieścić jeszcze więcej ludzi i sprzętu. Według miliardera, kolonia posiadająca populację jednego miliona może powstać za 40-100 lat od momentu rozpoczęcia misji.

 

Dla wielu ludzi projekt kolonizacji Marsa wydaje się szalony i być może mają rację - na tej planecie panują bardzo surowe warunki. Nie ma absolutnie żadnej gwarancji, że wszystko pójdzie po naszej myśli. Nie wiemy nawet czy będziemy w stanie zapewnić przyszłym astronautom odpowiednią ochronę przed promieniowaniem kosmicznym oraz różnymi chorobami. Nie wiemy przecież wszystkiego o Marsie a plan kolonizacji to przede wszystkim szacunki i założenia.