Вокруг Науки Техники

[Flanger]

[Flanger]

Мышечное волокно через электронный микроскоп

[Flanger]

Обстановка в национальном парке Биньцзян в китайском городе Ханчжоу

[Flanger]

«Процесс мокрой коллодионной печати». Он был изобретен фотографом и скульптором Фредериком Скоттом Арчером (1813 - 1857)

[Flanger]

[Flanger]

Физики открыли квантовую геометрию, существующую вне пространства и времени

Возможно, важнейшее из открытий для технологического развития человечества во второй половине XXI века сделали (https://www.quantamagazine.org/physicists-reveal-a-quantum-geometry-that-exists-outside-of-space-and-time-20240925/) учёные-физики.

Всё началось с того, что аспирантка Принстонского университета Каролина Фигейредо осенью 2022 года наткнулась на невероятное совпадение, когда подсчитала, что столкновения с участием трех различных типов субатомных частиц приведут к одинаковым обломкам.

После того, как эти данные подтвердились, стало понятно, что новообретенные геометрические объекты знают, как будут вести себя реальные квантовые частицы. Изучение этого явления, видимо, позволит доработать и закрепить основной набор принципов квантовой механики, что может привести к ряду новых технологических прорывов на горизонте ближайших десятилетий.

[Flanger]

[Flanger]

Китайцы представили мотоциклетный литр V4! 

Овальные выпускные каналы, две форсунки на цилиндр и толкатели пальцев рядом с двойными верхними распредвалами (DOHC).

Титановые поршни помогают снизить вес в сухом состоянии до 135,6 фунтов (61,5 кг). Это впечатляет: когда в 2012 году Aprilia выпустила свой супербайк с двигателем V4 объемом 1000 куб.см и 65 градусов, его сухой вес составлял 68,9 кг (152 фунта).

Так что же это такое? Впечатляющие 209 лошадиных сил при 14 500 об/мин и крутящий момент в 84 Нм при 12 500 об/мин.

Эти цифры означают, что супербайк CFMoto может дебютировать с большей мощностью, чем японские тяжеловесы, такие как Suzuki GSX-R1000 и Kawasaki Ninja ZX-10R – и они также бросают вызов некоторым европейским экзотикам, таким как 213-сильный Ducati Panigale. V4 и 210-сильный BMW S 1000 RR.

[Flanger]

[Flanger]

Пуля и вольфрамовый куб

[Flanger]

[Flanger]

Чтобы радикально увеличить запас хода электробайка, просверлите в нем сквозную дыру

Британский стартап WMС намерен любой ценой увеличить дальность хода электромотоциклов. Их инновационный подход, заключающийся в создании сквозного отверстия в центре мотокорпуса для снижения аэродинамического сопротивления, уже показывает впечатляющие результаты.

Так, прототип Zero SR/S с модификацией WMC демонстрирует 10 % снижение лобового сопротивления, что заметно увеличивает запас хода на шоссе. Однако WMC не останавливается на достигнутом. Компания уже провела успешные тесты подобной технологии на мотоцикле WMC250EV и гибридном скутере для полицейских.

Снижение лобового сопротивления – это эффективный и доступный способ повышения эффективности электромотоциклов, не требующий улучшения аккумуляторных технологий. WMC намерена лицензировать свою технологию другим производителям, что может привести к появлению на рынке серийных электромотоциклов с центральными воздуховодами уже в ближайшем будущем. Важно отметить, что эффективность этой технологии наиболее заметна на высоких скоростях, характерных для шоссейного движения.

 

[Flanger]

 

 

[Flanger]

Смерть клетки

[Flanger]

Полностью состоящий из отечественных деталей (импортозамещённый) самолет Ту-214 впервые поднялся в воздух в рамках программы лётных испытаний

[Flanger]

Новый рекорд скорости ионов: аккумуляторы смогут заряжаться быстрее

Ученые из Университета штата Вашингтон и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли обнаружили способ заставить ионы двигаться более чем в 10 раз быстрее в смешанных органических ионно-электронных проводниках. Они сочетают в себе преимущества ионной сигнализации, используемой во многих биологических системах, включая человеческое тело, и электронной сигнализации, используемой в компьютерах.

Новая разработка, подробно описанная в журнале Advanced Materials, ускоряет движение ионов в проводниках за счет использования молекул, которые притягивают и концентрируют ионы в отдельный наноканал, создавая тип крошечной «ионной супермагистрали». «Возможность управлять этими сигналами, которые постоянно использует жизнь, так, как мы никогда не умели, очень велика», – говорит Брайан Коллинз, старший автор исследования.  «Это ускорение также может иметь преимущества для хранения энергии».

Такие проводники обладают большим потенциалом, поскольку позволяют перемещать ионы и электроны одновременно, что очень важно для зарядки аккумуляторов и хранения энергии. Они также используются в технологиях, объединяющих биологические и электрические механизмы, таких как нейроморфные вычисления, которые пытаются имитировать мыслительные процессы в человеческом мозге и нервной системе.

Однако как именно эти проводники координируют движение ионов и электронов, было не очень понятно. В ходе работы над исследованием Коллинз и его коллеги заметили, что ионы перемещаются внутри проводника относительно медленно, что также замедляет электрический ток. «Мы обнаружили, что ионам в проводнике приходится проходить через матрицу, похожую на крысиное гнездо трубопроводов, по которым движутся электроны. Это замедляло движение ионов», – говорит Коллинз.

Чтобы решить эту проблему, исследователи создали прямой канал нанометрового размера только для ионов, затем необходимо было привлечь ионы к нему. Для этого ученые обратились к биологии. Все живые клетки используют ионные каналы для перемещения соединений в клетки и из клеток, поэтому команда Коллинза использовала аналогичный механизм: молекулы, которые любят или ненавидят воду.

Сначала исследователи покрыли канал водолюбивыми гидрофильными молекулами, которые притягивали ионы, растворенные в воде, также известные как электролиты. Затем ионы стали очень быстро перемещаться по каналу – со скоростью, более чем в 10 раз превышающей ту, с которой они двигались бы только по воде. Их перемещение стало новым мировым рекордом по скорости движения ионов в любом материале.

И наоборот, когда исследователи выстилали канал гидрофобными, отталкивающими воду молекулами, ионы оставались в стороне и вынуждены были двигаться через более медленное «крысиное гнездо». Команда обнаружила, что химические реакции могут изменять привлекательность молекул для электролита. Это открывает и закрывает ионную супермагистраль, подобно тому, как биологические системы контролируют доступ через клеточные стенки.

Ученые создали датчик, который мог быстро обнаружить химическую реакцию вблизи канала, поскольку она открывала или закрывала ионную магистраль, создавая электрический импульс, который мог считывать компьютер. По словам Коллинза, эта способность может помочь в обнаружении загрязнений окружающей среды или нейронов в теле и мозге, что является одним из многих потенциальных применений данной разработки.

Следующим шагом будет изучение всех фундаментальных механизмов управления движением ионов и внедрение этого явления в технологии. Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

[Flanger]

[Flanger]

Исследователи из Южной Кореи разработали технологию производства порошка углеродных нанотрубок (УНТ), пригодного для экологически чистого сухого процесса производства батарей. Углеродные нанотрубки, в 100 раз прочнее стали и с электропроводностью, сравнимой с медью, улучшают аккумуляторы, которые используются в электронике, электромобилях и системах хранения энергии.

До сих пор использование УНТ было затруднено из-за их склонности слипаться. Команда KERI решила эту проблему, создав порошок, который легко смешивается с другими материалами и не образует комков. Это делает его идеальным для применения в батареях нового поколения. Технология снижает токсичные выбросы и производственные затраты.

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Литий-серные аккумуляторы приблизились к серийному производству

Исследователи из Университета Монаш в Австралии разработали (https://newatlas.com/energy/ghove-lithium-sulfur-battery-evtol/) технологию, удвоившую эффективность литий-серных (Li-S) батарей. Применение комплекса поливинилпирролидона ускорило химические реакции, решив главную проблему — медленную зарядку и разрядку.

Новые аккумуляторы достигают плотности энергии 400 Вт·ч/кг против 150-235 Вт·ч/кг у литий-ионных. Это особенно важно для электрических летательных аппаратов, требующих высокой мощности при взлёте и посадке. Дополнительные преимущества — меньший вес, низкая стоимость и отсутствие редкого кобальта.

Для коммерциализации технологии создана компания Ghove Energy. Основной конкурент — китайская CATL, заявившая о разработке батарей с плотностью 500 Вт·ч/кг, уже тестируемых на 4-тонных самолётах. В перспективе они должны обеспечить дальность полёта до 3000 км для четырёхместных воздушных судов.

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Найден «нано-выключатель» энергетической системы клеток

Обнаружен механизм, объединяющий все живое.

Группа японских исследователей впервые раскрыла механизм управления потенциалом белка-переносчика электронов в окислительно-восстановительных реакциях, необходимых для получения энергии всеми организмами. Исследование было опубликовано в онлайн-издании *eLife*.

На основе проведённых экспериментов была определена точная трёхмерная структура белка, включая атомы водорода. С использованием этой информации проведены теоретические расчёты, позволившие визуализировать электронную структуру железо-серного кластера. Исследователи установили, что электрический потенциал железо-серного кластера может значительно изменяться в зависимости от наличия или отсутствия одного атома водорода на боковой цепи аминокислоты. Этот процесс описан как механизм «нано-выключателя».

Результаты исследования не только углубляют понимание биологических реакций, но и открывают перспективы для создания высокочувствительных сенсоров кислорода и оксида азота, а также разработки новых лекарственных препаратов.

Большинство реакций в живых организмах связано с переносом электронов, известным как окислительно-восстановительные реакции. К таким процессам относятся, например, дыхание и фотосинтез. Некоторые белки, участвующие в переносе электронов, содержат железо и серу. Одним из таких белков является ферредоксин — универсальный переносчик электронов, присутствующий почти во всех живых организмах. До сих пор механизм стабильного переноса электронов ферредоксином оставался неясным.

В рамках исследования использовались эксперименты на кристалл-дифрактометре iBIX в комплексе J-PARC в Японии. Это позволило определить структуру ферредоксина на атомарном уровне с использованием нейтронного пучка. Визуализация атомов водорода в белках с помощью нейтронов представляет значительную сложность, и лишь менее 0,2% белков из базы данных трехмерных структур содержат такие данные.

Расчёты, основанные на экспериментальных данных, помогли раскрыть электронную структуру железо-серного кластера ферредоксина. Обнаружено, что остаток аспарагиновой кислоты, расположенный на удалении от кластера, существенно влияет на вероятность переноса электронов, выполняя роль своеобразного переключателя. Более того, установлено, что данный механизм универсален для всех организмов.
 

[Flanger]

[Flanger]

Первая в мире вариаторная коробка передач: трансмиссия «Святой Грааль» в виде прототипа

Первая в мире вариаторная трансмиссия с зубчатой передачей, способная плавно изменять передаточные числа между нулевой и высшей передачей
 

Эффективность зубчатой передачи с плавно изменяемым передаточным отношением вариатора — без трения ремня и с возможностью опускаться до нулевого передаточного отношения без необходимости сцепления. 

Итальянская компания Alter Ego, возглавляемая инженером-механиком и автоматизатором Эдисоном Павилку и при содействии кинематических исследований, проведенных в Миланском техническом университете, сообщает, что создала прототип сложного нового механизма — первого в мире зубчатого вариатора, который на 10% эффективнее обычного ременного вариатора.

Действительно, эффективность сопоставима с эффективностью некоторых механических трансмиссий, при этом имеется возможность плавно регулировать передаточное отношение от нуля вплоть до повышающей передачи, независимо от того, вращаются ли колеса и/или коленчатый вал или нет.

Сложная и, по-видимому, несколько шумная конструкция, которая делает то, чего еще не достигла ни одна другая трансмиссия.

Краткое руководство по выбору механической трансмиссии и вариатора

Почему это так важно? Что ж, трансмиссии предназначены для того, чтобы система привода — будь то двигатель, электромотор или ноги велосипедиста, вращающие педали — работала на оптимальной скорости для эффективной передачи крутящего момента, одновременно регулируя передаточное отношение между системой привода и колесами, чтобы обеспечить правильное усилие в зависимости от текущей скорости и ситуации.

Механические трансмиссии очень эффективны, они сцепляют металлические шестерни вместе, чтобы передавать от 95 до 98% входной мощности. Но у вас может быть только столько передач, сколько вы можете поместить в коробку, и, помимо систем с несколькими сцеплениями, у вас есть пробелы в подаче мощности, когда вам нужно выключать фрикционное сцепление из передачи, а затем снова включать следующую. Когда вы на передаче, ваше передаточное отношение заблокировано, поэтому скорость вашего двигателя должна меняться при ускорении или замедлении. Вы можете оставаться близкими к идеальной скорости двигателя для данных условий, но не точно.

С другой стороны, вариаторы жертвуют некоторой эффективностью трансмиссии ради повышения эффективности двигателя и сверхплавного переключения. Многие работают с использованием V-образного фрикционного ремня, проходящего между двумя шкивами, которые могут изменять свой диаметр одновременно, делая один больше, а другой меньше, чтобы поддерживать натяжение ремня.

Команда RatioZero сравнивает свою собственную конструкцию с другими типами трансмиссий 

Таким образом, вы можете плавно регулировать передаточные числа от самого низкого до самого высокого во время движения; частота вращения двигателя устанавливается именно там, где это необходимо для обеспечения максимальной мощности или эффективности, а трансмиссия постоянно подстраивается под скорость вращения колес или требуемую мощность.

Для полной остановки им необходимо отключить фрикционную муфту, а без этого преимущества металлических зубьев большинство вариаторов обеспечивают КПД лишь в пределах 70–86%.

Это цифры Alter Ego, и конечно же, это упрощение, но они достаточны для понимания. Посмотрите видео ниже от The Engineers Post для более наглядного бэкграунда!

Вариатор с редуктором RatioZero: как это работает

Встречайте трансмиссию RatioZero.

По сути крутящий момент от входа передается на выход постоянно, но только одной из этих трех маленьких шестеренок за раз. Своего рода реле крутящего момента, если хотите.

Когда оси, соединенные с этими изогнутыми рычагами, находятся прямо в центре планетарных приводных шестерен, приводные шестерни могут вращаться сколько угодно; оси свободно вращаются вместе с ними, а рычаги не двигаются. Это ваше нулевое передаточное отношение; выходная коронная шестерня остается там, где она есть.

Но оси могут быть смещены от центра ведущей шестерни – есть скользящий привод, который постепенно выталкивает все три оси наружу и от центра. Теперь, когда планетарные шестерни вращаются, эти оси начинают описывать круги, а рычаги начинают двигаться вперед и назад. И вот как вы получаете это реле крутящего момента на ведущем кольце; свободно вращающаяся шестерня на конце каждого рычага тянет выходную шестерню через часть ее вращения, затем возвращается назад, когда другие рычаги берут на себя управление, прежде чем сделать это снова.

Конструкция RatioZero, интегрированная в герметичный блок

Чем больше смещены оси в планетарных ведущих шестернях, тем выше становится передаточное отношение и тем быстрее будет вращаться выходная шестерня за один оборот входного вала.

Механически мыслящие могут сказать: подождите, эти движения руки никак не могут обеспечить постоянную скорость вращения выходного привода! И они были бы правы – но команда Alter Ego исправила это, используя эллиптические шестерни, которые постоянно изменяют скорость вращения планетарных приводных шестерен, так что постоянная входная скорость приводит к более постоянной выходной скорости.

Да, система привода с реле крутящего момента приводит к слегка неравномерной выходной скорости — команда утверждает, что эта проблема в основном решена с помощью эллиптических шестерен в приводной секции. 

В приложениях, где вам нужен выход для свободного хода, например, велосипед, вы можете использовать односторонний храповой механизм на главной ведущей шестерне, чтобы ваши педали не прыгали как сумасшедшие, когда вы катитесь вниз по склону. А для тяжелых условий эксплуатации... Что ж, есть более сложная и надежная версия, использующая четыре передачи вместо трех.

Каковы дальнейшие шаги?

Alter Ego построила несколько рабочих прототипов. Один из них теперь установлен на велосипеде, с джойстиком, управляющим небольшим электродвигателем, который изменяет передаточное отношение по требованию в диапазоне, который переводит выходной привод от 0% до 600% скорости входного привода. Выбор передаточного отношения, конечно, в конечном итоге станет автоматизированным процессом.

Следующим шагом станет установка трансмиссии на двигатель внутреннего сгорания; команда планирует установить трансмиссию на скутер Yamaha T-Max объемом 530 куб. см в качестве дальнейшего подтверждения концепции, а затем предложить ее производителям мотоциклов.

Но его также можно интегрировать в более широкий блок двигателя электровелосипеда в качестве цельного привода с переменной скоростью или встроить в ветрогенератор, автомобиль, грузовик, трактор, снегоход, промышленную машину и т. д.

Alter Ego говорит, что основные проблемы, которые все еще необходимо решить, — это оставшиеся «ряби» в подаче крутящего момента, которые, вероятно, все еще проявляются в виде небольших изменений выходной скорости, и шум. К этому мы бы добавили надежность; сегодняшние вариаторы, возможно, и близко не так эффективны, как эта трансмиссия, но Toyota, например, дает пятилетнюю гарантию на свои автомобильные вариаторы, и, как правило, ожидается, что они прослужат более 100 000 миль (161 000 км), если не вдвое больше.

Если потребительский продукт когда-либо будет выпущен с передаточным отношением, которое снизится до нуля, ну, потенциал механического напряжения здесь так же бесконечен, как и крутящий момент, который вы теоретически можете пропустить через эту систему. При крошечном смещении оси эти рычаги не будут сильно перемещать выходной привод, но крутящий момент, который они могли бы приложить к застрявшему колесу, может стать довольно эпическим.

Будет интересно посмотреть, что с этим сделают производители — похоже, некоторые прототипы RatioZero на самом деле заблокированы таким образом, что не могут опуститься слишком близко к нулевому значению.

Alter Ego приглашает заинтересованных лиц прокатиться на прототипе велосипеда RatioZero

Вариатор с редуктором RatioZero — это увлекательное с механической точки зрения устройство, и хотя оно довольно сложное, оно, безусловно, выполняет свои функции, о которых говорит его название. Так что у него, похоже, есть большой потенциал, чтобы превзойти то, что Alter Ego описывает как текущий уровень технологической готовности (TRL) 5, что означает «лабораторные испытания интегрированной/полуинтегрированной системы» с «проверкой компонентов и/или процессов в соответствующей среде».

Но предстоит еще долгий путь — особенно когда речь заходит о проведении этих вещей через изнурительный процесс проверки и тестирования для использования OEM-производителями автомобилей и мотоциклов.

И вот к чему мы пришли: у команды Alter Ego есть несколько рабочих прототипов, но теперь они пытаются собрать полмиллиона долларов, которые им понадобятся на еще один год НИОКР, интеграцию прототипа в Yamaha T-Max и показ его на выставке в поисках OEM-производителей, которые могли бы подхватить идею и превратить ее в потребительский продукт.

Текущий план состоит в том, чтобы собрать эти 500 000 долларов США, в краудфандинговой кампании, которая начнется «скоро». 

[Flanger]

Запущена Cobra — линия, которая приблизила массовый выпуск передовых твердотельных аккумуляторов QuantumScape

Американская компания QuantumScape сообщила о завершении установки передовой и не имеющей аналогов линии по производству керамических сепараторов для коммерческих твердотельных литиевых аккумуляторов. Линия Cobra предназначена для значительного увеличения производства образцов фирменных аккумуляторов компании, поставки которых начнутся в 2025 году. До массового выпуска твердотельных аккумуляторов — рукой подать.

Разработка линии Cobra, её производство, монтаж и наладка были полностью осуществлены силами QuantumScape. Ранее в этом году компания начала поставки клиентам твердотельных ячеек QSE-5 ёмкостью 5 А·ч. Запуск новой линии ускорит производство элементов ячеек и самих аккумуляторов. Хотя это пока не коммерческое производство, с высокой вероятностью QuantumScape станет первой компанией, которая освоит коммерческий выпуск твердотельных аккумуляторов. Напомним, что CATL намерена к 2027 году освоить лишь мелкосерийное производство таких батарей.

Поставки образцов QSE-5 в 2025 году будут осуществляться производителям электромобилей. Ячейки QSE-5 обладают впечатляющими характеристиками: удельная ёмкость 301 Вт·ч/кг или 844 Вт·ч/л и возможность зарядки от 10 до 80 % всего за 12 минут. Кроме того, они являются пожаробезопасными и могут работать в расширенном диапазоне температур. А в процессе испытаний твердотельный аккумулятор QuantumScape выдержал 483 тыс. км пробега с минимальным износом.

QuantumScape финансово поддерживается Volkswagen и одним из фондов Билла Гейтса (Bill Gates). Эти компании и фонды поддерживали QuantumScape на протяжении 10 лет до её выхода в публичное пространство, что говорит о высоких перспективах компании и её продукции.

[Flanger]

Ученые обнаружили молекулярные двигатели, которые выглядят точно так же, как электрические двигатели, которые мы используем! Они вращаются как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, чтобы перемещать бактерии.

[Flanger]

Гуманоидный робот Optimus от Tesla