В фотонных микросхемах вместо электричества, как в обычной электронике, используется свет. Такие микросхемы состоят из светодиодов, линз и зеркал, а изготавливают их теми же методами, что и электронные микросхемы. Оптические технологии обладают рядом преимуществ перед электронными, но материалы, из которых делают фотонные схемы, как правило, оказываются жесткими и не подходят для устройств, предназначенных, например, для имплантации в живые ткани или крепления на кожу. Группе ученых из Массачусетского технологического института удалось найти один из возможных способов решения этой проблемы.

Ученые использовали твердый материал — халькогенидное стекло, но придали элементам спиральную форму, благодаря чему они приобрели способность гнуться и растягиваться подобно пружинам, не теряя при этом оптических свойств. Слой таких компонентов на полимерной подложке может выдержать тысячи циклов растяжения и сжатия. Впрочем, пока исследователи смогли добиться работы только отдельных компонентов. Для реального применения этой технологии нужно будет показать, по крайней мере, возможность интеграции компонентов в одном устройстве.

Ученые МТИ создали прототип приложения для смартфонов, способного по звукам работы ходовой части автомобиля определять, что ему требуется ремонт или обслуживание: например, приложение может сообщить, что левое переднее колесо надо подкачать, что воздушный фильтр через неделю придется заменить или что машине нужны новые свечи зажигания. При этом соединение с диагностическими системами самого автомобиля смартфону не требуется — как обещают разработчики, приложение позволит выполнять диагностику любых машин независимо от их технического оснащения.

По словам исследователей, разработка стала возможной благодаря высокой чувствительности микрофонов, акселерометров и других датчиков современных смартфонов. Диагностику система проводит с помощью методов машинного обучения — в качестве обучающей выборки используется созданная разработчиками база звуков, которые автомобили издают при нормальной работе и при различных неисправностях.

Сообщается, что приложение уже обеспечивает точность диагностики на уровне 90%. Например, пропуск зажигания в цилиндрах двигателя система определяет без ложно-положительных срабатываний, а алгоритмы распознавания проблем балансировки справляются со своей задачей лучше опытных специалистов, утверждают исследователи. Коммерческую версию приложения его создатели обещают примерно через полтора года.

Группа исследователей из Массачусетского технологического института, Массачусетского университета в Амхерсте и Калифорнийского университета в Беркли разрабатывает систему искусственного интеллекта для поиска методов изготовления новых материалов на основе сведений, опубликованных в научных статьях. Исследователи намерены создать базу данных, содержащую «рецепты» изготовления материалов, извлеченные из миллионов статей. В систему можно будет ввести запрос с названием нужного материала и другими параметрами — исходными материалами, условиям реакций, процессами изготовления и так далее — и она предложит метод его получения.

Авторы разработали систему для анализа статей в научных журналах. Она способна определить, где в статье описывается метод изготовления, какие материалы и в каких количествах в нем используются, на каком оборудовании ведется изготовление и при каких условиях, и тому подобные сведения. У авторов не было большой готовой базы вручную разобранных статей и для ее расширения они применили разработанный в Google алгоритм под названием Word2vec. Он анализирует тексты и выявляет слова, часто встречающиеся в одном контексте. С помощью этого алгоритма базу для обучения системы удалось расширить до 640 тыс. статей.

Исследователи из Массачусетского технологического института сконструировали из углеродных нанотрубок датчики, показывающие, не страдает ли растение от нехватки воды.

Датчики следят за состоянием пор на листьях растений. При открытии пор вода с листьев испаряется, давление внутри растения понижается, и растение начинает забирать воду из почвы. Поры открываются на свету и закрываются в темноте, но до сих пор динамика этого процесса была мало изучена. Разработанные учеными датчики представляют собой проводящие электрический ток «чернила» из углеродных нанотрубок, растворенных в додецилсульфате натрия. Их наносят непосредственно на поры листьев с помощью печатной формы с микрожидкостным каналом. Когда поры закрыты, ток проходит через датчик, а когда открыты, цепь разрывается. Это позволяет точно измерить продолжительность периодов открытия и закрытия пор. Эксперименты позволили установить, что они зависят от количества получаемой растением воды.

Сейчас исследователи пытаются разработать более простой способ крепления датчиков. Их можно будет просто наклеивать на листья. Кроме того, авторы рассматривают возможность создания аналогичных датчиков для света и температуры.

При анализе больших данных прежде всего необходимо выделить в них так называемые признаки: наиболее ценные для анализа или прогноза элементы набора данных. При выборе признаков специалистам, как правило, приходится полагаться на собственную интуицию. Исследователи из Массачусетского технологического института попытались применить для решения этой задачи методы краудсорсинга. Они разработали систему под названием FeatureHub. С ее помощью специалисты могут ознакомиться с данными и предложить свои варианты выбора признаков. Затем система автоматически пробует строить прогнозы на основе различных комбинаций этих признаков.

В эксперименте 32 специалистам предложили две задачи с конкурса по анализу данных Kaggle. Качество полученных системой моделей по 100-балльной шкале оказалось всего на 3 и на 5 баллов хуже, чем моделей, победивших в конкурсе. Но участники конкурса работали над задачами в течение недель и месяцев, тогда как каждому из специалистов было выделено на работу с FeatureHub всего пять часов, а в целом решение заняло несколько дней. Авторы надеются, что в будущем этот метод удастся применить в более крупном масштабе.

Созданное исследователями из Массачусетского технологического института устройство позволяет изготовлять нановолокна с той же скоростью и затратами энергии, что и лучшие из современных устройств, но волокна при этом получаются гораздо более однородными по толщине. Это важно во многих случаях — например, при изготовлении из волокон фильтров для воды. Однако главное преимущество новых устройств в том, что их можно печатать на обычном промышленном трехмерном принтере ценой в 3500 долл.

Нановолокна сейчас изготавливают методом электроспиннинга, пропуская жидкий полимер через капилляры под воздействием высокого напряжения. Исследователи сумели напечатать на 3D-принтере «сито» со спиральными капиллярами, сужающимися по длине. Через них полимер подается в выходные каналы, из которых вытягивается электростатическими силами, образуя тонкую нить — нановолокно.

Новый метод изготовления капилляров позволяет, помимо прочего, гораздо быстрее испытывать и менять их конструкцию. Раньше исследователи делали их в герметичной комнате с помощью микроэлектронных технологий. Путь от теоретической модели до результата занимал два года и за это время удавалось испытать только два-три варианта. С новым методом за год исследователи проверили 70 вариантов.

Использование света вместо электрических контактных цепей позволяет решить одну из важнейших проблем, возникающих при миниатюризации электронных микросхем: помех и потерь сигнала при передаче между компонентами. Однако кремний — основной материал, из которого делают микросхемы — не способен эффективно испускать свет, а материалы, хорошо работающие в оптоэлектронике (например, арсенид галлия), нельзя наносить на кремниевые подложки. Ученые из Массачусетского технологического института предложили использовать для этого сверхтонкие пленки из дителлурида молибдена. Этот новый материал из группы двумерных дихалькогенидов переходных металлов испускает свет в инфракрасном диапазоне, который, в отличие от видимого света, не поглощается кремнием.

Пленка из дителлурида молибдена под напряжением превращается в плоскостной диод, испускающий свет при пропускании тока. При изменении полярности напряжения та же самая пленка перестает проводить ток, но только до тех пор, пока на нее не попадает свет. Таким образом, элемент способен работать как в роли передатчика, так и в роли приемника. Со временем новый материал может найти применение в микроэлектронике, хотя для этого придется решить еще немало проблем.

Обучение езде на велосипеде и запоминание правил игры в шахматы соответствует разным режимам работы мозга: в первом случае, когда запоминаются двигательные навыки, обучение имплицитное, происходящее частично на подсознательном уровне, а во втором, когда нужно запоминать и мысленно повторять конкретную информацию, обучение является эксплицитным.

Ученые Массачусетского технологического института, экспериментируя с обезьянами, выяснили, что двум этим типам обучения соответствуют разные ритмы головного мозга. По словам исследователей, теперь по характеру мозговых ритмов можно выяснить, какой из двух режимов обучения применяется при выполнении того или иного задания и, руководствуясь этой информацией, корректировать задания для ускорения учебного процесса.

Кроме того, анализируя ритмы мозга при выполнении характерных заданий, можно проводить раннюю диагностику расстройств наподобие болезни Альцгеймера, так как известно, что с началом заболевания одна из двух систем обучения может быть поражена, и мозг начинает полагаться исключительно на другую.

Ученые давно полагали, что воспоминания сохраняются в мозге за счет усиления синаптических связей между нейронами, для чего необходим синтез определенных клеточных белков. Но два года назад группа исследователей из Массачусетского технологического института под руководством нейробиолога Сусуму Тонэгавы показала в экспериментах над мышами, что воспоминания могут сохраняться даже тогда, когда синтез этих белков заблокирован, и что их можно извлечь с помощью методов оптогенетики — стимулирования клеток мозга лазером.

Новая работа исследователей подтверждает и развивает их первоначальную теорию. Авторы предполагают, что для сохранения воспоминания в мозгу образуется определенный рисунок связей между клетками, а усиление синаптических связей под воздействием белков происходит позже, и необходимо для того, чтобы впоследствии информацию можно было извлечь. Вводя мышам белок PAK1, способствующий формированию синапсов, им удалось даже восстановить у мышей воспоминания о событиях, происходивших тогда, когда синтез белков, усиляющих синаптические связи, был заблокирован. Результаты исследования, возможно, помогут в поиске средств лечения болезни Альцгеймера.

Группа исследователей из Массачусетского технологического института занимается в Андорре различными проектами, связанными с городским хозяйством, транспортом, планировкой застройки и прочими задачами развития города. Исследования финансирует правительство Андорры.

В Андорре живет всего 77 тыс. человек, а площадь страны составляет 468 кв. км. Благодаря этому ученые могут осуществлять проекты в масштабе всей страны, работая в прямом контакте с членами правительства, что позволяет быстро принимать любые решения. Ученые создали, в числе прочего, платформу моделирования и визуализации данных с использованием дополненной реальности под названием CityScope Andorra, которая применяется сейчас для разработки плана перестройки одного из районов города Андорра-ла-Велья. На модели проверяется влияние различных вариантов застройки на уличное движение, плотность и разнообразие населения и прочие параметры, в том числе поведение туристов, которые для Андорры являются одним из главных источников дохода.

В рамках проекта TerMITes школы Андорры были оборудованы системами датчиков для измерения и оптимиpации потребления энергии. А для решения транспортных проблем Андорры ученые предложили легкие трехколесные электромобили общественного пользования, передвигающиеся по велосипедным дорожкам.