Структурный анализ систем

Группа под руководством Эмили Картер, декана инженерного дела Принстона и профессора Герхарда Р. Андлинджера по энергетике и окружающей среде, предложила использовать свет для ослабления связи в молекуле атмосферного азота.

Процесс взаимодействия света с металлическими наноструктурами, меньшими одной длины волны свет, происходит при комнатной температуре. Для концентрации света и усиления электрические поля стали использовать поверхностный плазмонный резонанс, повышающий мощность катализатора для разделения молекул азота42 [.

5.14. Пример 9.26. Прогнозировании орбит экзопланет

Искусственный интеллект позволяет точнее, чем обычные методы, рассчитать стабильность орбит Татуинов. Предположительно, что эти планеты могут быть обитаемые.

«Татуины» — планеты, вращающиеся вокруг двух звезд.

Движение вокруг двух звезд вместо одной может привести к большим изменениям на орбите планеты, что означает, что планета может быть выброшена из планетной системы либо поглощена одной из двойных звезд. Традиционные подходы к вычислению орбит для планет значительно усложняются, как только выясняется существование двойной звезды.

Планетам необходимо выживать в течение миллиардов лет, чтобы жизнь на них эволюционировала, поэтому выяснение того, стабильны орбиты или нет, является очень важным вопросом для обитаемости. Новая работа показывает, как машинное обучение может делать точные прогнозы, даже если стандартный подход, основанный на законах гравитации и движения Ньютона, не работает43.

5.15. Пример 9.27. Наночастицы помогают сельскому хозяйству

Ученые из Израильского технологического института в Хайфе предложили использовать липосомы для быстрой доставки питательных веществ растения по сравнению с обычными средствами.

Липосома представляет собой полый шар около 100 нанометров в поперечнике и состоит из жировых молекул, экстрагированных из растений сои.

Раньше они использовались для доставки лекарств к определенным частям тела.

Теперь исследователи заполнили эти крошечные «пакеты» удобряющими питательными веществами. Их можно использовать в виде спрея.

Когда растительный лист поглощает эти наночастицы, липосомы распространяются на клетки других листьев растения и его корней, где жировые оболочки разрушаются и высвобождают молекулярный груз44.

5.16. Пример 9.28. Быстрая зарядка смартфонов

Для увеличения подаваемой мощности без перегрева блока питания и самого смартфона компания Samsung продолжает развивать идею многопоточности (подача энергии происходит сразу двумя потоками).

Это позволило увеличить выходную мощность зарядного устройства до 18 Вт, реализовав эффективное рассеивание тепла. Как результат, смартфон заряжается быстро и не нагревается.

Процессоры Qualcomm с Quick Charge нового поколения смогут поддерживать передачу энергии уже тремя путями, что повысит мощность зарядки вдвое — до 32 Вт45.

5.17. Пример 9.29. Нанотехнологии против вирусов

Заражение клетки вирусом через рецепторы и корецепторы на поверхности клеток. Для блокирования проникновения вируса использовали наночастицы на твердых материалах, таких как золото и серебро. Они не адаптируются к поверхности вируса, что позволяет вирусу проникать в клетку.

Немецко-индийская исследовательская группа разработала наногели, с разной степенью гибкости адаптирующиеся к поверхности вируса. Это увеличивает их взаимодействие с вирусными частицами и уменьшает вероятность того, что патогены смогут снова отсоединиться.

Сгенерированные наногели могут достигать ингибирующего эффекта до 90 процентов. Вещества остаются активными в течение относительно длительного времени, а также обеспечивают защиту от вирусных частиц, высвобождаемых из уже инфицированных клеток.

Наногель можно приготовить по очень низкой цене по сравнению с производством обычных противовирусных препаратов. Таким образом, они могут без проблем использоваться для лечения животных. Кроме того, полимерные гели являются безвредными и «дружественными к клеткам» — в отличие от жестких, негибких материалов — и могут быть разделены на мелкие фрагменты и выделены почками46.

5.18. Пример 9.30. Золото плавят при комнатной температуре

Людвиг де Кнооп с физического факультета Технологического университета Чалмерса в Швеции установил, что при увеличении напряженности электрического поля до экстремальных значений поверхностные слои золота фактически расплавились при комнатной температуре.

Атомы золота перешли в возбужденное состояние. Под воздействием электрического поля они внезапно потеряли свою упорядоченную структуру, и почти все межатомные связи исчезли. В течение дальнейших экспериментов исследователи обнаружили, что также есть возможность «переключаться» между твердым и расплавленным состоянием металла.

Совместно с теоретиком Микаэлем Юхани Куисма из университета Ювяскюля в Финляндии Людвиг де Кнооп и его коллеги открыли новое направление в материаловедении.