Эффект ламинарного потока

Американский изобретатель запатентовал автоматическую велосипедную трансмиссию

Диаметры ведущей и ведомой звезд меняются в зависимости от усилия на педалях

Американский изобретатель Хейвен Мерсер запатентовал прототип автоматической цепной трансмиссии для велосипедов. В ней обычные ведущая и ведомая звезды заменены на диски с несколькими зубчатыми роликами небольшого диаметра, которые установлены на концах рычагов, соединенных с пружинным механизмом. Ролики входят в зацепление с цепью и при изменении усилия, прикладываемого к педалям, могут синхронно приближаться или отдаляться от центра диска за счет наклона рычагов под действием пружин. За счет этого происходит автоматическое изменение радиусов ведущего и ведомого дисков, а вместе с тем меняется и передаточное отношение трансмиссии. Патент опубликован на сайте Ведомства по патентам и товарным знакам США.

При поддержке высокопроизводительного и масштабируемого российского веб-сервера Angie

Езда на велосипеде в горку или резкое ускорение вынуждают велосипедиста прикладывать больше усилий. Поддерживать комфорт и сохранять эффективность движения помогает многоскоростная велосипедная трансмиссия. Так же, как коробка передач в автомобиле, она позволяет выбирать оптимальное передаточное отношение в зависимости от условий движения. Обычно этот механизм включает в себя набор из нескольких звезд на оси педалей и на заднем колесе с переключением цепи между ними при помощи ручного привода.

Благодаря своей простоте и низкой стоимости этот тип трансмиссии стал фактически стандартом. Однако он не лишен ряда недостатков. К примеру, при установке цепи на крайние звезды возникает ее перекос, который приводит к повышенному износу, а переход цепи со звезды на звезду требует вращения педалей и не может быть произведен в неподвижном состоянии. Кроме того, ручной выбор передачи может быть не всегда удобен. К примеру, при неправильно выбранной передаче во время езды в гору велосипедист может потерять скорость или даже полностью остановиться. В связи с этим некоторые инженеры стремятся разработать автоматический вариант трансмиссии для велосипедов, который бы позволил ездоку не задумываться о переключении передач.

Один из таких вариантов предложил американский изобретатель Хейвен Мерсер (Haven Mercer). В разработанном им прототипе автоматической велосипедной трансмиссии обычные ведущая и ведомая звезды заменены на диски с пружинным механизмом изменения диаметра. На них по окружности установлены рычаги с небольшими зубчатыми роликами на концах, которые и входят в зацепление со звеньями цепи. На ведущем диске расположены восемь, а на ведомом — шесть таких зубчатых роликов, которые благодаря односторонним подшипникам могут вращаться только в одном направлении. Это позволяет им не проворачиваться при передаче усилий от педалей на цепь.

Пружины механизма поддерживают рычаги в отклоненном состоянии на ведущем диске и в сжатом состоянии на ведомом. При увеличении усилий на педалях, например, при движении в гору, ролики на концах рычагов начинают приближаться к оси вращения диска за счет сжатия рычагов, а на заднем механизме, наоборот отдаляются, увеличивая диаметр задней звезды. Если же усилия недостаточны, то под действием пружин рычаги стремятся вернуться к исходному положению.

Таким образом происходит автоматическое изменение диаметра ведущего и ведомого дисков, и, как следствие, автоматическая подстройка передаточного отношения трансмиссии. Натяжение цепи регулируется с помощью дополнительных роликов, которые располагаются возле заднего колеса, там же, где обычно располагается задний переключатель скоростей в трансмиссии с ручным переключением. Механизм в действии можно посмотреть на представленном ниже видео.

 

 

Tesla показала прогресс в разработке робота Optimus 

Финский беспилотник для доставки товаров.  

Обнаружен сверхтвердый материал, способный конкурировать с алмазом

После более 30 лет попыток исследователи синтезировали сверхпрочный нитрид углерода.

Исследователи из Шотландии, Германии и Швеции решили загадку, которая длилась десятилетиями, и открыли практически неразрушимое вещество. В условиях экстремальной температуры и давления ученые синтезировали нитриды углерода, которые оказались прочнее, чем кубический нитрид бора, второй по твердости материал после алмаза.

Ученые подвергли различные формы прекурсоров углерода и азота давлению от 70 до 135 ГПа. Это примерно в миллион раз превышающему атмосферное давление на Земле. Сжатые материалы нагрели до температуры более 1 500 °С.  Затем расположение атомов изучили с помощью рентгеновского излучения на трех ускорителях частиц во Франции, Германии и США.

Этот анализ показал, что три из синтезированных соединений нитрида углерода имели структуры, необходимые для создания сверхтвердого материала. К удивлению исследователей, все соединения сохранили сверхтвердые алмазооподобные свойства, когда остыли и вернулись к атмосферному давлению. 

Дальнейшие расчеты и эксперименты показывают, что новые материалы обладают другими необычными свойствами. Например, для них характера фотолюминесценция и высокая плотность энергии, при которых большое количество энергии может храниться в небольшом количестве массы вещества.

Материаловеды пытались раскрыть потенциал нитридов углерода с 1980-х годов, когда ученые впервые заметили их исключительные свойства, в том числе высокую устойчивость к нагреву. Но после более чем трех десятилетий исследований и многочисленных попыток синтеза до сих пор не было получено никаких заслуживающих доверия результатов.

Потенциальное применение для полученных сверхтвердых нитридов углерода обширно, добавляют ученые. Например, их можно использовать при создании защитных покрытий для автомобилей и космических кораблей, высокопрочных режущих инструментов, солнечных панелей и фотодетекторов.

Добывать уран из морской воды можно в три раза быстрее

Китайские ученые нашли способ эффективного получения сырья для ядерных реакторов из морской воды при помощи электричества. Команда специалистов разработала электрод, способный захватывать уран в процессе электрохимической реакции. Новый метод как минимум в три раза быстрее существующих, вдобавок, не боится примесей, а значит — пригоден для практического применения в промышленных масштабах.

В Китае строится больше АЭС, чем в любой другой стране мира, но запасы урана в стране незначительны, поэтому приходится полагаться на импорт. Возможность получать этот тяжелый металл из океана может иметь огромное значение для независимости КНР и всемирной энергетической структуры в целом, пишет SCMP.

Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу
С тех пор как в начале 40-х Энрико Ферми построил первый атомный реактор в Чикаго, уран стал важнейшим элементом для энергетики и других отраслей промышленности. Добывают его в месторождениях, запасы которых не бесконечны. Одним из альтернативных источников урана является океан, в котором, по оценкам ученых, содержится около 4,5 млрд тонн этого элемента — почти в тысячу раз больше, чем в месторождениях.

Однако получить уран из морской воды чрезвычайно сложно ввиду очень низкой концентрации этого элемента — примерно 3,3 части на миллиард — и наличия мешающих ионов в сложной морской среде. Трудоемкость такой задачи можно сравнить с извлечением грамма соли из 300 000 литров пресной воды.

Решением ученых из Северо-восточного педагогического университета в Чанчуне стал электрод, состоящий из углеродного волокна, покрытого двумя мономерами. В результате реакции полимеризации в материале возникли микроскопические неровности и углубления — так называемая пористая ароматическая решетка. Она превращает ионы урана в урановые соединения, а пористая структура волокон помогает улавливать ионы урана.

Новый электрохимический метод получения урана обеспечивает больший объем производства и втрое большую скорость экстракции по сравнению с более традиционным методом физико-химической адсорбции.
Испытания в водах залива Бохайвай Желтого моря показали, что за 24 дня электроды в состоянии извлечь 12,6 мг урана на грамм материала. При этом по прошествии этого срока электрод еще мог продолжать работу. Несмотря на присутствие в соленой воде мешающих ионов металлов, он сохранял стабильность на протяжении нескольких циклов. Ученые объясняют это изменением напряжения в электродах, которое отталкивает несвязанные ионы.

Недавно в Китае запустили первый в мире атомный реактор 4-го поколения. Разработчики утверждают, что в случае внезапного сбоя или внешнего вмешательства реактор АЭС «Шидаовань» не расплавится.

Представлен новый телевизор LG TV OLED T с невероятно впечатляющим прозрачным OLED-дисплеем, который может эффектно исчезать и превращаться в мебель, предметы искусства или даже виртуальный аквариум.

Авиаконструкторы NASA и оборонного предприятия Lockheed Martin представили экспериментальный сверхзвуковой самолет Х-59, который должен убедить законодателей разрешить полеты быстрее скорости звука над сушей. Самолет сможет разгоняться почти до 1500 км/ч, издавая при этом существенно меньше шума при прохождении звукового барьера.

 

 

Ученые создали первый в мире полупроводник из графена

Ученые преодолели ограничение графена и использовали этот материал в качестве рабочего полупроводника на терагерцовых частотах.

Ученые создали первый в мире работающий полупроводник на основе эпитаксиального графена. Он отличается особой кристаллической структурой углерода и обеспечивает большую подвижность, чем кремний. Электроны движутся там с меньшим сопротивлением. 

Транзисторы, изготовленные на основе эпитаксиального графена могут работать на терагерцовых частотах. Это в 10 раз быстрее, чем у кремниевых транзисторов, используемых в современных чипах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Полупроводники обладают свойствами как проводников, так и изоляторов. В правильном температурном диапазоне электроны движутся через полупроводниковый материал, но только при приложении определенного количества энергии.  

Почти в каждом чипе используется полупроводник, изготовленный из кремния, но материал достигает своих пределов и прогресс замедляется. 

Графен, в отличии от кремния, состоит из одного слоя атомов углерода, плотно связанных в гексагональную решетку. Он лучший проводник, чем кремний. А это значит, что электроны движутся через материал с меньшим сопротивлением.

Несмотря на благоприятные свойства, графен никогда не использовали в электронике из-за отсутствия «запрещенной зоны» — минимального количества энергии, необходимой для перемещения электронов при приложении к ним электрического поля. Именно эта зона позволяет транзисторам включаться и выключаться.

По словам ученых, чтобы функционировать как рабочий транзистор, с графеном необходимо каким-то образом обращаться, но в прошлом это ухудшало его свойства.

Но исследователи решили эту проблему, сплавив графен с карбидом кремния с помощью специальных печей и специального процесса нагрева и охлаждения. Помещая в графен атомы, которые «отдают» электроны системе в процессе легирования, они создали функциональный графеновый полупроводник с «запрещенной зоной».

Это не только первый работающий полупроводник на основе графена, его также можно интегрировать в существующие производственные процессы. Переход от изготовления кремниевых пластин к пластинам из карбида кремния, используемым в эпитаксиальном графене, «вполне возможен», уверены эксперты.

 

Инженеры разработали устройство, которое добывает энергию из грязи

Мягкое устройство собирает энергию, вырабатываемую микробами в почве. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.

Исследователи из Северо-Западного университета в США продемонстрировала новый способ выработки электричество с помощью устройства, погружаемого в «грязь». Мягкий прибор размером с книгу закапывается в почву и собирает энергию, вырабатываемую микробами.

Концепция микробных топливных элементов существует достаточно давно. Они используют бактерии, которые отдают электроны близлежащим проводникам, поедая почву. Основная проблема с практической реализацией этой идеи заключалась в том, чтобы снабжать устройство и бактерии водой и кислородом, пока они закопаны в грязь.

Конструкция почвенного топливного элемента. Изображения: Bill Yen/Northwestern University

Инженеры разработали конструкцию в форме картриджа, расположенного вертикально на горизонтальном диске. Анод из углеродного фетра в форме горизонтального диска находится в нижней части устройства. Он закопан глубоко в почву и может захватывать электроны, пока микробы переваривают грязь. А проводящий металлический катод располагается вертикально поверх анода. 

В предложенной конструкции нижняя часть погружена достаточно глубоко, чтобы иметь доступ к влаге из глубокой почвы, а верхняя находится на одном уровне с поверхностью. По всей длине электрода проходит зазор для свежего воздуха, а защитный колпачок предотвращает попадание грязи и мусора и перекрытие доступа катода к кислороду. Часть катода также покрыта гидроизоляционным материалом, поэтому при затоплении остается гидрофобная часть катода, контактирующая с кислородом, поддерживающая работу топливного элемента.

Топливный элемент до использования и погруженный в почву с бактериями. Изображения: Bill Yen/Northwestern University

В ходе испытаний эта конструкция стабильно работала при различных уровнях влажности почвы: от экстремально влажной до «относительно сухой» — с содержанием воды всего 41% по объему. В среднем этот источник генерировал примерно в 68 раз больше энергии, чем требовалось для работы установленных датчиков для обнаружения влаги и прикосновения, а также для передачи данных через крошечную антенну на ближайшую базовую станцию. 

Устройство можно использовать в качестве экологического источника электричества для датчиков, устанавливаемых на фермах или экологических станциях наблюдения. Энергии не хватит для зарядки смартфона или, тем более, электромобиля, но несколько датчиков будут работать без необходимости регулярно менять батарейки.