Во внешнем радиационном поясе Земли электроны движутся на скорости, близкой к световой, с огромными энергиями. Такие частицы способны выводить из строя спутниковую электронику и чрезвычайно опасны для здоровья астронавтов, работающих на орбите. Исследовательская группа из Массачусетского технологического института и еще ряда учреждений установила, что ультрарелятивистские электроны, несмотря на огромную энергию, не могут приблизиться к поверхности Земли ближе чем на 11 тыс. км.

Оказалось, что барьером служит не магнитное поле Земли, а «плазмосферный шум» — электромагнитные волны очень низкой частоты в верхних слоях атмосферы, в наушниках звучащие как белый шум. Они отклоняют электроны, заставляя сталкиваться с атомами нейтрального газа и в конечном счете исчезать. Этот естественный абсолютно непроницаемый барьер не допускает опасные частицы к Земле ближе чем на 2,8 ее радиуса.

Выяснить это удалось благодаря зондам НАСА Van Allen — двум спутникам для изучения радиционного пояса Земли, защищенным от ионизирующего излучения. Барьер был обнаружен по результатам анализа данных за первые 20 месяцев работы спутников. По словам ученых, он выстоял, например, год назад, когда скачкообразно усилился солнечный ветер, буквально бросив высокоэнергетические электроны к Земле.

Материалы, характеризующиеся квантовым спиновым эффектом Холла, обладают особым свойством — в толще это изоляторы, а по краям они имеют высокую проводимость. По мнению многих исследователей, благодаря этому такие материалы хорошо подходят на роль основы для квантовых электронных устройств нового типа. Но на сегодня были синтезированы лишь два подобных материала, к тому же у них есть определенные недостатки — узкая запрещенная энергетическая зона и отсутствие возможности быстро «включать» и «отключать» эффект Холла.

Теоретический анализ, проведенный исследователями из Массачусетского технологического института, показал что дихалькогениды переходных металлов — соединения молибдена либо вольфрама с селеном, теллуром или серой, — обладают квантовым спиновым эффектом Холла, который можно быстро включать и отключать под действием электрического поля, причем для этого не нужны сверхнизкие температуры, как для ранее полученных материалов.

Такие соединения, естественным образом образующие тонкие пласты толщиной в несколько атомов, ученые предлагают использовать в основе транзистора нового типа, — топологического полевого (topological field-effect transistor, TFET). Исследователи считают, что такие транзисторы можно было бы размещать на кристалле очень плотно, и несмотря на это они будут работать с очень низкой утечкой тока.

По мнению ученых, на основе изученных ими материалов также можно было бы создавать спинтронные устройства — элементы, в которых в качестве носителя информации используется спин электронов, а не заряд. Кроме того исследователи считают, что такие соединения очень перспективны с точки зрения использования в квантовых компьютерах.

Специалисты Массачусетского технологического института придумали способ записывать информацию в ДНК кишечной палочки так что она передается из поколения в поколение, сохраняясь в популяции бактерий в течение очень длительного времени.

В отличие от предыдущих подобных экспериментов, бактериальная память из МТИ «аналоговая», то есть позволяющая сохранять не только отметку о том, что произошло некоторое событие, но также сведения о его интенсивности и продолжительности. Запись, по словам исследователей, осуществляется с помощью изобретенного ими «генетического магнитофона», а считывание — путем секвенирования генома, когда запись была произведена в нефункциональный участок, либо путем подсчета количества клеток с изменившимися характеристиками, если при записи был модифицирован какой-то важный для жизнедеятельности ген. Есть возможность стирания информации путем вставки другой последовательности ДНК в тот же участок генома.

В качестве возможного применения живой памяти ученые называют бактериальные датчики, позволяющие следить за содержанием различных веществ в океане, контролировать рацион питания пациентов и диагностировать заболевания.

Источник: Sociometrics Solutions

Компания Sociometrics Solutions, созданная выходцами из Массачусетского технологического института, разрабатывает систему, которая собирает информацию о поведении сотрудников и выдает рекомендации, позволяющие повысить продуктивность труда.

Система состоит из беджей со встроенными датчиками и облачного аналитического сервиса. Датчики следят за местонахождением сотрудников, направлением взгляда и наклоном тела (могущим свидетельствовать, к примеру, об участии в беседе). Акселерометры регистрируют скорость (показатель энергичности или апатии), а встроенные микрофоны — как часто, быстро и громко человек говорит (но не само содержание беседы). Датчики отправляют информацию по Bluetooth на считывающие устройства в офисе, а те передают ее в облако.

У сотрудников есть доступ к своим личным данным, а руководству предоставляются анонимизированные обобщенные результаты, закономерности и тенденции. Анализируя эти сведения вместе с информацией из опросов и объективными показателями результативности, Sociometrics дает советы, причем иногда довольно неожиданные.

К примеру, по результатам исследования в крупном онлайн-бюро путешествий после наблюдения за взаимодействием сотрудников за обедом была получена рекомендация увеличить длину столов. Сидевшие за более длинными столами работали более продуктивно, так как активнее контактировали с другими сотрудниками и больше знали о происходящем в компании. Как сообщают разработчики системы, когда эту историю опубликовали, в кафетериях ряда технологических компаний тоже начали устанавливать большие столы.

Инженеры Массачусетского технологического института создали систему наглядной репрезентации «мыслей» роботов: в то время как небольшой, похожий на Roomba, робот раздумывает, как лучше всего пересечь комнату, чтобы не наткнуться на идущего по ней человека, на полу светятся возможные маршруты и зеленая линия оптимального. Вместе с человеком перемещается розовое пятно — это робот следит за движущимся препятствием, на ходу перестраивая маршрут.

Так выглядит система демонстрации намерений роботов, состоящая из датчиков движения, смонтированных на потолке проекторов и анимационного программного обеспечения. Инженеры МТИ называют свою разработку «измеримой виртуальной реальностью». По их словам, она значительно упрощает оптимизацию алгоритмов принятия решений для роботов — когда видишь, как именно робот сделал тот или иной выбор, легче отыскивать и устранять ошибки в коде.

Разработка системы происходит при финансовой поддержке компании Boeing — среду планируется использовать в числе прочего для тестирования беспилотников, испытывать которые на открытых пространствах в Соединенных Штатах сложно в связи с законодательными ограничениями.

С уменьшением размеров транзисторов они становятся менее надежными. Застраховаться от ошибок можно путем повышения напряжения питания, но этого можно и не делать — когда вычисления не требуют большой точности; например, если процессор делает ошибки при рендеринге видео, зритель этого скорее всего не заметит.

Система Chisel, разработанная специалистами Массачусетского технологического института, позволяет программистам помечать участки кода, для которых допустимы погрешности в вычислениях. После этого Chisel автоматически переносит выполнение соответствующих команд на менее надежные аппаратные компоненты таким образом, чтобы обеспечить максимальную экономию энергии, но при этом выполнить назначенные программистом требования к точности.

В составе Chisel есть инструмент, позволяющий оценить допустимый уровень ошибок, — например, можно, последовательно отображать картинку с разной степенью неточности рендеринга и смотреть, насколько ухудшается качество. Исследователи, по их словам, тестировали Chisel со стандартными алгоритмами обработки изображений и финансового анализа, добиваясь экономии энергии от 9 до 19% по сравнению с высокоточной обработкой.

Ученые Массачусетского технологического института предложили способ наведения искусственных микроконструкций, внедренных в организм, на области скопления клеточных рецепторов. По словам изобретателей, их система работает похоже на то, как бактерии обнаруживают необходимые им питательные вещества. Она зондирует участки поверхности и автоматически перемещается ближе к тем, на которых сила трения больше, — в таких областях как раз и сконцентрированы рецепторы клеток.

Система представляет собой пару связанных частиц с магнитными свойствами. В присутствии вращающегося магнитного поля частицы начинают перемещаться по поверхности, поочередно контактируя с нею — по сути, система «шагает». Ученые провели эксперименты на клеточной поверхности, смоделированной на предметном стекле микроскопа, и работают над тем, чтобы добиться возможности находить скопления рецепторов на реальной живой ткани.

В числе возможных применений — поиск в организме опухолевых клеток по текстуре их поверхности. К системе можно добавить собственные рецепторы или материалы, которые позволят следить за целевой областью или влиять на нее.

Процессоры со сверхпроводящими цепями — схемами, имеющими нулевое сопротивление, — были бы в 50-100 раз более энергоэффективными, чем нынешние чипы. Они также сулят колоссальную вычислительную мощность: рабочая частота сверхпроводящих схем на контактах Джозефсона достигает 770 ГГц, — в 500 раз больше, чем у процессора iPhone 6.

Но сверхпроводящие процессоры на контактах Джозефсона громоздки и трудны в изготовлении, кроме того, в них используются настолько слабые токи, что результаты вычислений, проведенных на таких чипах, трудно распознать. Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новую конструкцию, обещающую сильно удешевить изготовление несложных сверхпроводящих устройств. И хотя быстродействие таких чипов будет не больше, чем у обычных, они позволяют решить проблему считывания результатов.

Свое устройство специалисты МТИ назвали нанокриотроном или nTron. Его эффективность была проверена в детекторе одиночных фотонов и в составе полусумматора. В качестве рабочего материала в нанокриотроне используется нитрид ниобия, становящийся сверхпроводником при относительно низкой температуре в 16ºK, которой можно достичь с помощью жидкого гелия. Система охлаждения на жидком гелии увеличит энергозатраты чипа, но учитывая что ему самому нужно примерно на два порядка меньше электрической мощности, чем обычному, экономия все еще может быть колоссальной.

Эксперименты показали, что токов даже меньших, чем используются в устройствах на контактах Джозефсона, достаточно, чтобы переключить nTron из проводящего в непроводящее состояние. При этом ток, проходящий через перекладину этого Т-образного элемента, может быть достаточно большим, чтобы передать информацию другим компонентам материнской платы, сообщают ученые. К тому же наноразмерный NTron на порядки компактнее, чем устройства на контактах Джозефсона, и, подобно обычным транзисторам, имеет три вывода.

Исследовательская группа из Массачусетского технологического института столкнулась с неожиданным явлением: наружный слой наночастиц серебра толщиной в один-два атома при комнатной температуре ведет себя подобно жидкости — он колышется и меняет форму, тогда как внутри сохраняется абсолютно стабильная кристаллическая структура. Деформации частиц серебра псевдоэластичны — после исчезновения воздействия возвращается исходная форма. Результаты подтверждены экспериментами и компьютерным моделированием. По мнению исследователей, аналогичным образом скорее всего ведут себя и многие другие металлы.

Открытая особенность поведения металлических наночастиц может создать сложности для разработчиков наноструктур, ведь обычно нужно, чтобы они сохраняли стабильность на протяжении долгого времени. Исследователи ищут пути компенсации открытого ими эффекта; в частности, если наночастица покрыта хотя бы тончайшим слоем оксида, явление почти исчезает. Вместе с тем, полагают ученые, в каких-то случаях эффект может быть даже полезен, например, в схемах, где электрические контакты должны выдерживать поворот друг относительно друга.

Как отмечают исследователи, переход от повышения механической прочности с уменьшением размеров частиц к ослабеванию происходит очень резко, при размерах около 10 нм — как раз к этому показателю сейчас приближается минимальный топологический размер элемента микросхем.

Иллюстрация: Yan Liang

При освещении полупроводника, например кремния, его проводимость повышается. Ученые Массачусетского технологического института нашли полупроводник, в котором происходит противоположное — однослойный дисульфид молибдена трехатомной толщины. Если облучать его интенсивными лазерными импульсами, проводимость уменьшается примерно втрое.

Проводимость обычных полупроводников увеличивается, поскольку в результате поглощения света образуются пары свободных электронов и дырок, за счет которых материал лучше пропускает ток. В тонких кристаллах же, подобных MoS₂ трехатомной толщины, сильнее электростатические взаимодействия между носителями заряда, и когда под действием света образуются пары электрон-дырка, они сохраняют устойчивую связь, — формируется экситон. В MoS₂ эти взаимодействия настолько сильны, что экситон может присоединить дополнительный свободный электрон — образуется трион. Общий заряд у него такой же, как у электрона, но масса примерно втрое больше. Именно из-за большой массы реакция таких частиц на электрическое поле слабая, из-за чего и снижается проводимость материала.

Обычно трионы — нестабильные частицы с очень кратким сроком жизни, появляющиеся только при низкой температуре, но в однослойном MoS₂ трионный эффект такой сильный, что наблюдать его можно и при комнатной. По словам исследователей, открытие может дать возможность создания экситонных элементов, действующих при комнатной температуре и управляемых без проводниковых соединений.

Иллюстрация: Jose-Luis Olivares/MIT