3D-моделирование выявило важные особенности диффузионного поведения наночастиц

Некоторые наноразработки полагаются на то, как наночастицы движутся и диффундируют в неидеальных или даже экстремальных условиях. Ригоберто Эрнандес, химик из Технологического университета штата Джорджия (США), вплотную занялся проблемой взаимосвязи между диффузией и свойствами наносистемы, использовав компьютерное моделирование трёхмерной динамики движения частиц. Его работа, рассматривающая перемещение сферических частиц в среде статических наноигл (коротких наностержней), удостоилась обложки февральского выпуска Journal of Physical Chemistry B.

Диффузия сферической частицы через матрицу наноигл в двух типах организации — хаосе (вверху) и нематическом порядке (внизу) (иллюстрация Rigoberto Hernandez / GATech).

Г-н Эрнандес исследовал матрицу из стержнеобразных наноигл в двух предельных случаях организации — при полном беспорядке (изотропия) и абсолютной упорядоченности нематического типа (параллельные нити уложенных строго друг за другом коротеньких наноиголок). В состоянии хаотического беспорядка, согласно расчётной модели, сферические наночастицы двигались бы сквозь матрицу равномерно во всех направлениях. Напротив, при нематической ориентации, когда каждая иголочка располагалась в одном и том же направлении, частицы диффундировали сквозь нематическую матрицу только по ориентации игл. Иными словами, частицы двигались строго по каналам между нитями из наноигл, что довольно очевидно.

Удивило другое: в нематическом окружении частицы диффундировали быстрее, чем в хаотической матрице. То есть каналы, образованные упорядоченными нанонитями, не просто проводят наночастицы в единственном направлении (вдоль каналов); они также обеспечивают им возможность разгоняться, пролетая по каналу.

При увеличении плотности нематической матрицы каналы становятся всё более и более тесными, и скорость диффузии частиц в них, как и следовало ожидать, резко падает. А вот что оказалось неожиданным, так это то, что нематическая матрица продолжала и в этом случае обеспечивать более высокую скорость диффузии, чем хаотическая (хотя, казалось бы, в хаосе частицы не ограничены одним направлением, не должны толпиться в узких каналах, а имеют возможность двигаться туда, куда укажет градиент, избирая любой подходящий маршрут и обходя зоны повышенной скученности).

По словам исследователя, полученные результаты приближают нас к созданию наноразмерных устройств, которые позволили бы контролировать потоки наночастиц.

Например, если необходимо, чтобы частица диффундировала в строго определённом направлении с конкретной скоростью, можно спровоцировать ориентацию наностержней в требуемом направлении. Если нужно поменять направление распространения частиц, просто переориентируйте нанонити. Причём триггером для переориентации может стать даже сам факт недостаточного количества наночастиц в данном пространстве устройства. Таким образом, следующая переориентация наностержней будет стремиться восстановить популяцию наночастиц, присутствие которых в достаточном количестве именно на этом участке может быть необходимо для каких-то дальнейших действий — к примеру, для усиления светового потока.

Подготовлено по материалам Технологического университета штата Джорджия.

Источник: http://science.compulenta.ru/659465/

^30.05.2045

Стать расой бессмертных – главная эволюционно-историческая задача человечества в III тысячелетии

Имея мышление бессмертных, парадигму бессмертных в качестве мировоззренческой основы, такие люди обязательно реализуют подобные технологии, и мир радикально изменится. Эволюционная ветвь гомо сапиенс в очередной раз сделает крутой вираж и вынесет человечество к невообразимым высотам, туда, где раньше парили только избранные одиночки – бессмертные и боги.

Подробнее

^27.02.2018

Робот открыл холодильник и принес оттуда пиво

Немецкие разработчики научили гуманоидного робота-помощника TIAGo самостоятельно искать путь к холодильнику, открывать его и приносить пиво. Модульный суперкомпьютер NVIDIA Jetson TX2, служащий зрительным центром робота, позволил ему не только эффективно проложить путь, но и найти пиво запрошенной марки по этикетке.

Подробнее

^27.02.2018

В Швеции попытаются создать электронные копии умерших людей

Руководство крупной сети шведских похоронных бюро «Феникс» поставило перед собой амбициозную цель: попытаться создать максимально правдоподобные электронные копии усопших людей.

Подробнее

^26.02.2018

Учёные из США разработали искусственный аналог глаза

Новое изобретение представили учёные из Школы инженерных и прикладных наук при Гарвардском университете — они создали искусственный глаз, работающий по принципу человеческого.

Подробнее

^27.11.2017

Американцы занялись разработкой реактивных дронов для истребителей

Массачусетский технологический институт по заказу ВВС США занялся разработкой компактных реактивных беспилотных летательных аппаратов, которые можно было бы запускать со стандартного подвеса для ракет под крылом истребителя. Новая разработка получила название Firefly.

Подробнее

^21.11.2017

Toyota представила гуманоидного робота с экзоскелетным управлением

Компания Toyota представила гуманоидного робота T-HR3, управляемого с помощью экзоскелетного контроллера с шлемом виртуальной реальности. Система позволяет оператору управлять движениями робота на месте или передвигать его, а также чувствовать отдачу при взаимодействии с объектами.

Подробнее

^17.11.2017

Человекоподобный робот научился делать сальто

Специалисты Boston Dynamics научили прямоходящего робота Atlas выполнять сальто. Ролик с демонстрацией его новых способностей опубликован на YouTube-канале компании.

Подробнее

^27.10.2017

Робот-спасатель от Honda: пять «глаз» и 33 степени подвижности

На Конференции по робототехнике в Ванкувере компания Honda представила прототип робота-спасателя E2-DR. У новинки 33 степени подвижности, пять «глаз» и защищенный от пыли и влаги корпус.

Подробнее

^03.10.2017

Toyota представила автомобиль-робот, в салоне которого сразу 2 водительских места

Казалось бы, суть самоуправляемых автомобилей заключается в том, чтобы максимально обеспечить удобство пассажиров и «убрать» из салона водителя, доверив контроль за ситуацией роботу. Вроде бы логичное решение, но вот автоконцерн Toyota думает иначе. Недавно они представили крайне продвинутую версию самоуправляемого авто. Только вот водительских мест в нем аж целых два.

Подробнее

^03.10.2017

RHP2 - гуманоидный робот, созданный для того, чтобы падать, подниматься и снова падать

Исследователи-робототехники во всем мире тратят безумно большое количество времени и усилий для того, чтобы предотвратить или уменьшить вероятность падения создаваемых ими роботов.

Подробнее

^02.10.2017

Мифы и факты о сверхумном искусственном интеллекте

Станет ли искусственный интеллект лучшим изобретением человечества или же, наоборот, его худшей ошибкой?

Подробнее

/ мнения экспертов и членов инициативной группы

Александр Александрович
БолонкинЧлен инициативной группы
Доктор технических наук, профессор
«Искусственное механическое тело будет обладать огромной силой и переносить экстремальные внешние условия: высокие температуры, давление, радиацию, космос...»
Борис Карпович
Гаврилюк
Доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией роста клеток и тканей Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН
«Для кожи киборга нужно просто сделать систему питания. А вообще... мы ведь несложно устроены! Есть всего несколько систем: кровеносная разносит кислород и питательные вещества, выделительная выводит отходы. Остальное — рабочие органы. Вначале можно сделать простейший живой организм. А потом более сложные системы...»
Андерс
Сандберг
Футуролог, трансгуманист, писатель, член Исследовательского общества Джеймса Мартина в Институте будущего человечества в Оксфордском университете
«Я, определенно, захотел бы перенести свой разум в искусственное тело, если бы для этого существовала достаточно безопасная технология...»
Дмитрий Алексеевич
ШаменковЧлен инициативной группы
Директор Центра клеточных и биомедицинских технологий Первого Московского государственного медицинского университета, специалист по осознанному управлению здоровьем, биотерапии и профилактике старения
«Тело постепенно становится искусственным, появляются новые ткани, замещающие существующие, новые средства коммуникации, так или иначе расширяющие пределы нашего тела. Безусловно, человек технологизируется. Поэтапно мы движемся к формированию кибернетического организма...»
Давид Израилевич
Дубровский
Доктор философских наук, профессор, главный научный сотрудник Института философии РАН, сопредседатель Научного совета РАН по методологии ИИ
«... этот проект ["Россия 2045"], безусловно, заслуживает всемерной поддержки. Он инициирован молодыми людьми, полными веры в свою высокую миссию. Это яркий акт пассионарности... вызов нашей академической общественности, среднему, сероватому научному сознанию, лишенному порывов вдохновения».
Виктор Федорович
Петренко
Член-корр. РАН, профессор МГУ, заведующий лабораторией «Психология общения и психосемантика» (МГУ)
«Возможно, вырабатывая своеобразную систему значений, не привязанную к нашему конкретному миру, с одной стороны, а с другой – разрабатывая изощренные техники медитации и психопрактики, мы выйдем на контакт с возможными мирами на глубинных медитативных уровнях...»
Барри
Родриг
Международный координатор Ассоциации Всемирной Истории, сопредседатель Оргкомитета GF2045
«Инновации нужно направить на экологическое равновесие видов и разрушение неорганической среды обитания. Нужно найти альтернативы войне и оружейной промышленности. То есть инновация – это процесс, который должен быть применен ко всему существующему...»
Александр Иванович
Галушкин
Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель наук России, является автором более 300 научных работ, в том числе 25 монографий
«Я убежден в том, что нейросетевые технологии – это основа построения будущих систем управления роботами, т.е. мозга будущих роботов».
Максим
КалашниковЧлен инициативной группы
Российский писатель-футуролог, журналист
«Это то, что еще никто в мире не решился делать. Создание сверх- и постлюдей считаю спасением нас от вырождения и вымирания, обретением новой силы. Именно это может сделать Россию мировым лидером....»
Игорь Валентинович
Артюхов
Биофизик, председатель междисциплинарного семинара по трансгуманизму и научному иммортализму РФО РАН, директор по науке компании «КриоРус», член Координационного совета и один из основателей Российского трансгуманистического движения
«Как самолет оказался эффективнее птицы, как подводная лодка плавает быстрее, чем кит, так и искусственное тело в какой-то момент догонит и перегонит тело естественное...»
Сергей Дмитриевич
ВарфоломеевЧлен инициативной группы
Доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химической энзимологии МГУ, член-корреспондент Российской Академии наук, директор Института биохимической физики РАН
«Нужно иметь электронный вариант мозга. Физический мозг, на мой взгляд, не может являться предметом интереса, так как он очень субтилен. Но вот создание электронного аналога с полным рецепторным оснащением, которое имело бы ту же историю, стимулы, мотивации, — это может оказаться очень интересно...»
Михаил Юрьевич
ЯблоковЧлен инициативной группы
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории термостойких термопластов ИСПМ РАН, создатель наносенсорной нейроподобной системы «Электронный нос»
«При создании искусственного человека к робото-техническому направлению, которое сейчас преобладает, надо добавить эмоциональное. На самом деле, эта идея комплексная, она витает в воздухе...»
Александр Алексеевич
Фролов
Доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией математической нейробиологии Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН
«Проблема создания искусственной памяти, сохраняющей содержимое естественной памяти индивидуального человека, хотя и является сложной, но представляется разрешимой...»
Александр Яковлевич
Каплан
Доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
«К тому времени, когда мозг можно будет перенести в искусственное тело, роботы достигнут совершенства формы и будут выглядеть, как вполне приличное человеческое тело...»
Павел Олегович
Лукша
Профессор практики Московской школы управления СКОЛКОВО, к.э.н., партнер группы "Метавер"
«Развитие интерфейсов позволяет принципиально по-другому взаимодействовать не только с локальным пространством, но и с глобальным пространством, т.е. продолжая «мозг – компьютер – Сеть», мы можем получать системы принципиально нового способа организации».