Источник: MIT

В 2012 году группа под руководством голландского бизнесмена Баса Лансдорпа заявила, что создание человеческого поселения на Красной Планете возможно уже к 2025 году. Их проект под названием Mars One предусматривает отправку на Марс четырех человек, которые проведут там всю оставшуюся жизнь.

Студенты Массачусетского технологического института попытались проверить возможность реализации такого проекта. Они разработали модель марсианского поселения на основе системного анализа, принимая во внимание потребности в ресурсах для обеспечения жизни, поддержания оборудования в рабочем состоянии и так далее. Частично авторы опирались на опыт обеспечения работы МКС.

Авторы заключают, что с современными технологиями создать поселение на Марсе не удастся. Например, для выращивания достаточного количества пищи потребуется не 50 кв.м. оранжереи, как считали в Mars One, а около 200. При этом растения будут вырабатывать много кислорода, что грозит пожаром, и для компенсации придется расходовать азот. Утечки воздуха из помещений приведут к снижению давления, и поселенцы, по оценкам авторов, смогут прожить там лишь 68 дней.

Разработанные в ходе исследования методы позволят изучить и другие сценарии, полагают авторы.

Источник: Xuanhe Zhao et al./MIT

Инженеры Массачусетского технологического института выяснили, что из графеновой бумаги — материала, состоящего из двух слоев графена, — можно делать растяжимые ионисторы для эластичных электронных устройств. Графеновую бумагу благодаря ее большой площади на единицу массы многие исследователи считают подходящим материалом для изготовления ионисторов. Специалисты МТИ же отмечают, что для гибкой электроники, в том числе для носимых и имплантируемых биомедицинских датчиков понадобятся гибкие системы запасения энергии.

Они показали, что из хаотично смятой графеновой бумаги можно сделать ионистор, растягивающийся в девять раз по сравнению с первоначальным размером. Инженеры изготовили такой элемент, показав реализуемость своей идеи. Их графеновый суперконденсатор можно смять и разгладить как минимум тысячу раз, и он не потеряет своих свойств. В качестве изолятора между двумя слоями графена в нем используется гидрогель. По мнению исследователей, из мятого графена можно было бы также формировать электроды гибких батарей или изготавливать эластичные датчики для распознавания химических соединений и биологических субстанций.

Выходцы из Массачусетского технологического института учредили компанию по выпуску жидкостных батарей, предназначенных для запасения энергии из возобновляемых источников и отдачи в энергосети. Материал такой батареи расслаивается сам собой благодаря разной плотности составляющих. Недавно разработчики опубликовали в Nature доклад о новом составе, который позволил снизить рабочую температуру батареи с прежних 700 до 450 °C, а также увеличить долговечность, упростить конструкцию и удешевить изготовление.

Источник: Felice Frankel

В новой батарее роль одного из электродов выполняет сплав свинца и сурьмы, второго — жидкий литий, а в качестве электролита используется смесь солей лития. Разработчики сообщают, что судя по результатам испытаний, даже после десяти лет каждодневной зарядки и разрядки батареи она сохранит 85% первоначальной емкости.

Сейчас единственный широко используемый вид установок для запасения энергии — гидроаккумулирующие электростанции: когда есть лишняя энергия, вода закачивается на высоту, а потом, когда нужно восполнить нехватку, сбрасывается на турбины. Подобные системы возвращают только около 70% энергии от затраченной. Разработчики жидкостной батареи сообщают, что уже добились для нее аналогичного результата и будут работать над его улучшением.

Инженеры Массачусетского технологического института проектируют сферические подводные машины, которые с помощью ультразвука будут отыскивать полости под корпусом, где могут быть спрятаны наркотики и другие запрещенные предметы.

Робот состоит из двух полусфер. Первая — герметичная с электроникой и батареей, а во второй ряд насосов перекачивают воду, выбрасывая ее через сопла и заставляя шар двигаться вдоль корпуса судна со скоростью 0,5-1 м/с. Заряда батареи хватает примерно на 40 мин. В конструкции используются компоненты, распечатанные на 3D-принтере; себестоимость робота около 600 долл. — это достаточно недорого, чтобы такие машины можно было использовать скоординированно работающими группами.

Разработчики планируют обеспечить возможность дистанционной подзарядки и ультразвукового обследования на расстоянии. Последнее важно, так как ракушки, которыми обрастает корпус корабля, могут мешать передвижению машин.

Робот похожего назначения под названием BIOSwimmer создается в компании Boston Engineering. Внешне похожий на тунца, он обследует днище корабля, регистрируя с помощью камеры и эхолокатора аномалии, которые могут указывать на наличие тайников.

Источник: Melanie Gonick/MIT

Специалисты МТИ и Северозападного университета снабдили робота тактильным датчиком необычной конструкции, при содействии которого тот может схватить висящий на крючке кабель USB и вставить в разъем. Датчик представляет собой упрощенный вариант системы GelSight, разработанной в МТИ несколько лет назад.

В то время как большинство тактильных датчиков меряют механические силы, GelSight пользуется оптикой и алгоритмами компьютерного зрения. Сам он состоит из бруска прозрачной резины, с одной стороны покрытого металлической краской. Резина обхватывает поверхность, к которой ее прижимают, форма определяется по характеру отраженного от зеркала света.

Новый вариант выполнен в форме куба, стенки которого, смежные с поверхностью датчика, проводят свет разного цвета, излучаемый светодиодами с противоположной стороны. При деформации резины свет отражается от зеркала и регистрируется камерой, смонтированной на той же стороне куба, что и диоды. Разработанные исследователями алгоритмы по интенсивности отраженного света разных цветов делают вывод о пространственной структуре поверхности, к которой прижимается датчик. Его чувствительность, сообщают инженеры, примерно в сто раз больше, чем у человеческого пальца.

Ученые Массачусетского технологического института работают над скафандром, который в отличие от традиционных будет не громоздким, а облегающим. Чтобы поддерживать жизнь в безвоздушном пространстве, в скафандре с помощью сжатого газа поддерживается давление в треть атмосферы. В МТИ решили отказаться от газа — давление предполагается создавать механически.

В материал скафандра планируется внедрить спирали из никель-титанового сплава, обладающего эффектом памяти. При нагревании они будут сжиматься, принимая запрограммированную форму — в результате скафандр начнет давить на тело астронавта с необходимой силой. По словам инженеров, чтобы снять скафандр, достаточно будет приложить умеренное усилие, и он вернется к более свободной форме.

В МТИ испытали «умный» материал будущего скафандра, изготовив напульсник. Когда через его спирали пустили ток, они нагрелись, сжавшись до сохраненной в «памяти» формы, и напульсник плотно обхватил руку. Теперь исследователям предстоит решить, как поддерживать постоянную тесноту скафандра; рассматриваются идеи с подогревом и встраиванием блокирующего механизма в спирали. Второй вариант предпочтительнее — он позволит избежать использования громоздких батарей.

Революционная разработка специалистов Массачусетского технологического института способна изменить принципы создания мобильных и веб- приложений и помочь компаниям наподобие Facebook продолжать справляться с доставкой пользователям растущего потока видеороликов «с котиками».

Исследователи рекомендуют обратить внимание на свою систему всем операторам высокоскоростных ЦОД. Источник: Facebook

Суть изобретения — новый способ выбора момента передачи каждого пакета по сети центра обработки данных к пункту назначения. Как только очередной пакет прибывает на коммутатор, соответствующее решение с помощью параллельных вычислений принимает программное обеспечение Fastpass, разработанное в МТИ. По оценкам разработчиков, применение Fastpass в реальных ЦОД может начаться примерно в течение двух лет.

В нынешних сетях пакеты могут проводить немало времени в обширных очередях, занимающих огромный объем памяти. Это происходит по той причине, что коммутаторы принимают решения о том, когда отправить каждый пакет на пункт назначения, руководствуясь лишь ограниченным объемом доступной информации. Fastpass же переносит эту работу на центральный сервер — «арбитр», который «видит» сегмент сети ЦОД целиком и поэтому может более эффективно спланировать передачу пакетов, объясняет Хари Балакришнан, профессор электронного машиностроения и компьютерных наук МТИ, один из соавторов доклада о Fastpass. Еще одним соавтором стал научный сотрудник Facebook Ханс Фьюгал.

Централизованное принятие решений сейчас — «на пике моды» в сетевом мире: именно этот подход используют разнообразные реализации программно-конфигурируемых сетей, предлагаемые различными поставщиками. Собственно говоря, Балакришнан входил в число авторов одного из первых ключевых научных докладов, посвященных SDN. Но в программно-конфигурируемых сетях принимаются высокоуровневые решения, например о способах обработки трафика различных типов. Fastpass применяет ту же концепцию для принятия решений на уровне отдельных пакетов.

Разработчики системы руководствовались не тем, чтобы заставить быстрее грузиться страницу Facebook или ускорить вывод поисковых результатов Google, но благодаря Fastpass и то, и другое станет возможным. Авторы стремились упростить приложения и коммутаторы, а также уменьшить потребности центров обработки данных в пропускной способности.

Средства управления очередями на коммутаторах делают их сложнее и дороже, отметил Балакришнан. По его убеждению, благодаря Fastpass коммутаторы можно будет снабжать буфером лишь для очень короткой очереди — «просто на всякий случай».

Заботясь о том, чтобы пакеты прибывали вовремя, Fastpass избавляет сетевых архитекторов от необходимости предусматривать большой резерв пропускной способности на случай непредсказуемых всплесков трафика — проще будет модернизировать сеть по мере роста численности пользователей и объемов данных.

Аналогичное преимущество получат разработчики распределенных приложений, разбивающих задания на фрагменты и отправляющих их для обработки на различные серверы в сети.

«Разработчикам приходится идти на различные ухищрения, чтобы учесть варьирующуюся задержку в сети, — отмечает еще один соавтор Fastpass Джонатан Перри, аспирант МТИ. — Когда эта проблема уйдет, станет гораздо проще разрабатывать сложные распределенные программы, подобные применяемым в Facebook».

Нынешний децентрализованный способ передачи пакетов позволяет создавать обширные сети, требующие мало контроля. Но ввиду непредсказуемости трафика проектировщикам сетей приходится либо инвестировать в толстые каналы, способные справиться с максимально возможной нагрузкой, либо организовывать на коммутаторах очереди, в которых пакеты будут задерживаться до тех пор, пока не появится возможность их отправить. Обычно приходится искать некий компромисс между двумя этими способами.

«Спрогнозировать, насколько большими должны быть очереди, очень трудно, — поясняет Балакришнан. — Эта проблема существует еще с 1960 годов». Если сделать очереди слишком большими, уменьшится быстродействие, а если слишком короткими — это может приводить к потере пакетов и необходимости тратить время на повторные передачи.

Fastpass выбирает время передачи и маршрут для каждого пакета, причем делает это быстрее, чем обычные коммутаторы, как утверждают в МТИ. Система действует настолько быстро, что несмотря на необходимость пересылать каждый пакет арбитру, на что уходит около 40 мс, в целом работа сети все равно ускоряется.

При подобной быстроте потребность в очередях фактически отпадает. В ходе экспериментов, проводившихся в ЦОД Facebook, система уменьшала длину очередей в среднем на 99,6%, сообщают исследователи. Задержка — промежуток времени между запросом и получением данных, — сокращалась с 3,56 мкс до всего 0,23 мкс.

В испытаниях использовался арбитр с восемью ядрами. Как сообщают в МТИ, он управлял сетью, передававшей по 2,2 терабита данных в секунду, что соответствует ЦОД из 2000 серверов с гигабитными каналами, работающему на полной скорости. Арбитр был соединен с системой-двойником для надежности.

Исследователи не стали заставлять все восемь ядер назначать передачу для каждого слота времени по очереди — каждому из ядер отводится свой слот. Таким образом, пока одно из ядер пытается заполнить следующий слот, другое работает над идущим после него, третье — над очередным и т. д.

Fastpass или подобное программное обеспечение можно разместить на выделенных серверных кластерах или даже встроить в специализированные чипы, отметил Балакришнан. Исследователи собираются выпустить Fastpass в открытых кодах, но предупреждают, что на сегодня ПО еще не готово к рабочему применению.

Источник: MIT

Диодные лазеры, применяемые в лазерных указках, сканерах штрих-кодов, DVD-проигрывателях и других маломощных устройствах, являются, пожалуй, самыми эффективными, компактными и недорогими. На протяжении многих лет предпринимались попытки увеличить яркость их луча и сделать возможным его применение в промышленности для резки и сварки металла. И вот теперь Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института готовит первую коммерческую версию диодного лазера, способного разрезать сталь толщиной более сантиметра. Устройство TeraBlade мощностью 4 кВт построено на основе лазерных модулей, состоящих из длинных рядов диодных лазеров, преобразующих линз, дифракционной решетки и выходной линзы. Свет от диодных лазеров, проходя через все эти компоненты, выстраивается в одном направлении, увеличивая свою мощность. В результате, яркость луча возрастает примерно в сто раз. Каждый модуль TeraBlade выдает мощность порядка тысячи ватт, а их объединение позволяет масштабировать возможности всего устройства.