В МТИ разработали молекулярные часы на кристалле — элемент, отсчитывающий время по периоду вращения молекул, обусловленного действием электромагнитного излучения определенной частоты. По словам ученых, упомянутый период является достаточно постоянным, чтобы служить надежным источником регулярных импульсов.

Исследователи разработали генератор электромагнитных волн нужной частоты, стараясь обеспечить минимальный расход энергии. В результате молекулярные часы, состоящие из чипа и миниатюрного резервуара с газом, расходуют всего 66 мВт, тогда как стандартные компоненты смартфона, например, приемник GPS и модуль Wi-Fi, могут потреблять сотни мВт.

По словам разработчиков, молекулярные часы позволят определять местонахождение в условиях недоступности сигналов спутниковых навигационных систем, — например, под водой и в боевой обстановке, когда противоборствующими сторонами может осуществляться «глушение» электромагнитных излучений.

В экспериментах молекулярные часы ошибались в среднем меньше, чем на 1 мкс за час, — это сопоставимо с миниатюрными атомными часами и в 10 тыс. раз превышает характеристики стабильности кварцевых генераторов, повсеместно применяемых в электронных устройствах для отсчета времени. К тому же молекулярные часы можно недорого изготавливать по технологии КМОП, как и остальные компоненты смартфона.

Робот Cheetah 3, сконструированный в Массачусетском технологическом институте, способен преодолевать галопом пересеченную местность, взбираться по шаткой лестнице, забросанной строительным мусором, и быстро восстанавливать равновесие после внезапных толчков — все это «наощупь», без использования систем компьютерного зрения.

Механический «гепард» был целенаправленно наделен способностью передвигаться в сложных условиях, не полагаясь на камеры. Как объясняют инженеры, роботам специального назначения это необходимо, учитывая вероятность помех компьютерному зрению и полной темноты.

Демонстрируя свои умения, робот-«гепард» вообще не пользуется датчиками характеристик окружающей среды — только «осязанием». Помогают специальные алгоритмы, учитывающие вероятность различных вариантов развития событий. Например, в зависимости от того, наступает робот на что-то хрупкое или твердое, машина выбирает, продолжить шаг или отдернуть ногу для сохранения равновесия.

Робот мог бы, например, инспектировать электростанции, где могут быть лестницы, бордюры и различные препятствия под ногами. Уже через несколько лет, как надеются создатели «гепарда», он сможет выполнять задания, слишком опасные для людей или вовсе неподвластные им.

Человек обладает способностью быстро выполнять огромный объем мысленных операций и варьировать поведенческие отклики с учетом внешних инструкций и субъективных оценок: например, когда танцор отбивает чечетку в такт музыке, его мозг одновременно обрабатывает звук и собственные представления о ритмическом рисунке композиции.

По словам ученых, примечательно то, что движения при этом меняются гораздо быстрее, чем в теории может перестраиваться «аппаратное обеспечение» мозга. Воспользовавшись теорией динамических систем, нейробиологи МТИ проанализировали стратегию, позволяющую мозгу мгновенно адаптироваться в подобных условиях. Исследование показало, что одна и та же архитектура нервных цепей может переключаться между множеством различных состояний, выбор между которыми зависит от инструкций и субъективных представлений.

В ходе исследования обрабатывались сведения о мозговой активности животного, которое научили выполнять действие через интервал времени, зависящий от характера полученного сигнала. Ученые пришли к выводу о том, что вначале для выбора длительности интервала мозг выполняет операцию, подобную действию переключателя в электрических сетях, а затем с помощью другой операции, подобной повороту переменного резистора, переводит нейроны в состояние, необходимое для соответствующего изменения поведения.

Специалисты MIT Media Lab сообщили о разработке метода передачи электроэнергии внутренним имплантатам и обмена информации с ними с помощью радиоволн. Электропитание обеспечивается методом индукции с помощью излучателя, находящегося на расстоянии до 1 м от пациента, а сами устройства могут размещаться в тканях на глубине до 10 см.

До сих пор реализовать беспроводную передачу энергии на такую глубину было затруднительно, так как радиоволны рассеиваются при прохождении через ткани организма. Ученые решили проблему, сконструировав систему антенн, которые излучают сигналы на несколько различающихся частотах. По словам исследователей, при определенных условиях энергия волн, накладывающихся друг на друга, становится достаточной, чтобы обеспечить электропитание имплантированного устройства. Одновременно с энергетическим импульсом имплантат получает сигнал передать собранные данные или выполнить действие.

Поскольку таким датчикам не требуется батарея, они могут быть весьма миниатюрными. В частности, созданный учеными прототип по размерам — примерно с рисовое зерно.

Такие устройства могли бы доставлять в органы лекарственные средства, следить за жизненными показателями, контролировать состояние желудочно-кишечного тракта и т. д. Возможна также передача энергии имплантируемым электродам для глубокой стимуляции мозга — с их помощью лечат болезнь Паркинсона и эпилепсию.

В современных домах часто устанавливаются электрические розетки с дуговой защитой. Они прерывают подачу энергии при обнаружении искры. Но, как выяснили исследователи с машиностроительного факультета Массачусетского технологического института, в таких розетках используются простые микропроцессоры, определяющие появление искры по заранее заданному алгоритму, и в результате отключение может происходить и при безвредных искровых разрядах, вызванных подключением к розетке обычной домашней бытовой техники.

Исследователи решили сконструировать более умную розетку. Они взяли дешевый микрокомпьютер Raspberry Pi Model 3 и подключили к нему через обычную внешнюю звуковую карту индуктивный токоизмеритель, считывающий колебания тока в розетке. В компьютере работает нейронная сеть, обученная распознаванию вида колебаний, и определяющая, представляют ли они опасность. По виду колебаний сеть научилась также отличать подключение различных приборов (например, вентилятора или компьютера). Точность системы оказалась даже чуть выше, чем у стандартных детекторов дуговой защиты, а по времени срабатывания она не уступала им.

В последнее время исследователи экспериментируют с использованием идентификационных радиометок в качестве химических датчиков, модифицируя их антенну таким образом, чтобы в присутствии некоторого вещества менялись ее электрические свойства. Больших успехов в этом добиться не удалось, поскольку отраженные сигналы отрицательно влияют на точность такого датчика.

Специалисты МТИ предложили другой подход, основанный на модификации чипа RFID-метки. Их метка может переключать режим работы между пассивным, когда энергия для отклика поступает от ридера, и активным, когда для трансляции используется собственный источник. Исследователи создали датчик глюкозы, снабдив метку электродами, заполненными глюкозооксидазой, играющей роль электролита. Когда он взаимодействует с глюкозой, вырабатывается ток, заставляющий чип перейти в активный режим работы. При этом датчик передает иной сигнал, чем в пассивном режиме, и уровень глюкозы определяется по длительности пребывания чипа в активном режиме.

Далее исследователи планируют создать действующие по аналогичному принципу RFID-датчики угарного газа и других веществ. По словам ученых, со временем можно будет легко устанавливать тысячи таких меток на объектах, где нужно следить за бойлерами, газовыми баллонами, трубами и т. д.

Устройство, сделанное на основе нового комбинированного материала, может преобразовывать в электрическую энергию естественные колебания температуры воздуха с течением времени.

Термоэлектрические преобразователи (термопары), извлекающие энергию из разницы температур, известны уже давно. Они вырабатывают ток, когда температура на разных сторонах проводника отличается. Известны также пироэлектрические материалы, степень поляризации которых зависит от температуры, что можно использовать для генерации электричества. Но материал, созданный группой исследователей из Массачусетского технологического института, в несколько раз эффективнее пироэлектриков. Он состоит из пористого металла (меди или никеля), покрытого слоем графена для повышения теплопроводности. Поры заполняются октадеканом — материалом, меняющим фазовое состояние при изменении температуры. В результате тепловая активность нового материала оказалась самой высокой среди известных. При постепенном изменении окружающей температуры одна сторона образца из такого материала всегда остается теплее другой, и эту разницу температур можно использовать для питания термопары. Экспериментальная модель устройства при изменении температуры за сутки на 10 градусов вырабатывает 1,3 мВт — достаточно, чтобы обеспечить питанием небольшой датчик или микросхему связи.

Ученые МТИ разработали интерфейс, понимающий слова, которые пользователь произносит «в голове». Регистрирующее устройство распознает незаметную людям нервно-мышечную активность, обусловленную мысленным воспроизведением слов, и переводит сигналы в текстовую форму.

В систему, созданную исследователями, входит пара наушников, работающих по принципу костной проводимости — они передают вибрации от костей лица во внутреннее ухо. Поскольку слуховой проход не блокируется, система может передавать звуковую информацию пользователю, не заставляя его прерывать общение с собеседником и другие действия. Таким образом, фактически создано решение, которое дает возможность беззвучно задавать компьютеру вопросы и получать ответы.

Для разработки исследователи сперва выяснили области на лице, являющиеся наиболее надежными источниками нервно-мышечных сигналов, и в итоге для их регистрации оказалось достаточно лишь четырех электродов. Соответствие между словами и сигналами для каждого пользователя устанавливается с помощью машинного обучения. Точность распознавания мысленной речи достигает 92%.

Исследователи научили систему выполнять арифметические задачи — например, пользователь может мысленно произносить цену купленных в супермаркете товаров, а в конце выяснить общую сумму. В другом эксперименте при игре в шахматы пользователь беззвучно сообщал компьютеру ходы соперника, а система подсказывала ответные.

Теплоизоляционные свойства нежелательны для пластиковых корпусов ноутбуков и мобильных телефонов, поскольку они могут перегреваться, а пластмасса корпуса выполняет роль тепловой ловушки.

Последнее обусловлено микроструктурой полимера, которая состоит из длинных молекулярных цепочек, обычно беспорядочно перепутанных, из-за чего носителям тепла сквозь них продвигаться сложно. Исследователям удалось разработать метод изготовления полимера однородной структуры с распрямленными мономерными цепочками, основанный на принципе химического осаждения из паровой фазы.

Как показали испытания, такой полимер в среднем способен проводить тепло на порядок быстрее, чем обычные. При этом, по оценкам исследователей, тепло распространяется по нему с одинаковой скоростью во всех направлениях. Далее ученые намерены работать над обеспечением возможности использования созданного ими материала в корпусах для электроники и батарей, а также в покрытии для печатных плат.

Неспособность работать в условиях тумана остается одним из главных препятствий созданию автоматизированных систем навигации, основанных на использовании видимого света, которые предпочтительнее радаров, так как имеют более высокое разрешение и способны считывать дорожные знаки и разметку.

В Массачусетском технологическом институте разработали систему, которая в ходе испытаний показала способность «проникать взглядом» на 57 см сквозь туман такой плотности, в условиях которой человек видит только на 36 см. Для сравнения, в реальных условиях видимость в тумане составляет в среднем 30-50 м. При этом система МТИ сохраняет способность различать объекты в условиях динамичного изменения характеристик тумана.

Ее основа — камера, испускающая ультракороткие лазерные импульсы и регистрирующая время возвращения отраженных фотонов. Исследователи показали, что независимо от плотности тумана время прибытия отраженного света отвечает определенной статистической закономерности — гамма-распределению. При этом для каждого из 1024 пикселов датчика камеры подсчитывается отдельное гамма-распределение, за счет чего и достигается преимущество системы перед предыдущими, которые не справлялись в условиях тумана переменной плотности: система МТИ выполняет свою задачу даже если каждый пиксел «видит» туман разных характеристик.

В ходе испытаний установка различала силуэты букв и деревянной фигурки сквозь такой густой туман, проникнуть через который невооруженным глазом не удавалось.