ИМ_01-2011 by Stas fgnhfghf

Люди Идеи Технологии

живая информация Как это работает

часть иллюстраций продублирована видеофайлами на

№1 (21) январь 2011

Подписной Индекс

37864

Лучшие роботы 2010

9,90*

грн

*Рекомендованная цена

Управление геном обратило вспять старение организма

Японцы создали демона Максвелла

Инопланетяне используют

Машина Tiger-Stone

«Вояджер-2» для связи с землянами

Нейрон Монро приблизил эру чтения снов

расстилает камни как ковровую дорожку

ТЕШ –

всепогодный амфибийный движитель

Самые интересные

роботы-животные

Интересный журнал для души! Новинка! Выписывайте на почте! ïîäïèñíûå 37733, 37886 èíäåêñû

µ ¬ ° µ ¦ ¢ ¥¸ Å Ê½È ÁÈÜ ÁÐÕ

ÐÍ

ÅÊÏÂÍÂÎÊØÆ Ã

ÜÊ¿½ÍÙ

Подписной Подписной ии нн д д ее кк сс

37733

ËÇÅ Ê»ÇÁÅ ÇÈÔ ¨Ç½¾ÄÁË¾ÊÕ ÇÄÌÐÁË¾

¤¥ ¤¡

¡ È

¿½Ç¾

¾Æ À¹ Ã¹ ¼ÉÁ» ÈÁÊÕÅÇ ÃÇ»¹ÆÆÇ¾ ÇÈÌºÄÁ

ÇÅËÅÍÀß ÊÐÀÑÎÒÀ

ËÞÁÈÌ×ÈÊÈ ÁÅÍÄÆÀÌÈÍ×ÈÊÈ

³¿³¹сÉт³р ±е¾п®тºоºк¼аÂр¼п»уÅс¶о¸в¶ § £ ¤ ¦ ©µ ¯ «§ ¦ ¸¦ ©µ

¥È ÈÛ ÎÏÍ ÅÍ Ë¿ ½Ê ÊØ

§²¡ £§© «¡ ¦´ § ¯ «¦¡£

Â Î Ë¿ ÂÏØ Å ÁÂ Å

ÎÂ ÇÍ ÂÏØ ÎË ¿Î ÂÆ

¨¤ ¦¡©§ ¦¡ ¬° ª«£

°Ç Í½ ÅÊ Ø

го, о р о Нед сиво, кра ресно е инт

покупайте на лотках,

там же, где приобрели «Интересную механику» !

СОДЕРЖАНИЕ

новости ..... 4

Японцы назвали лучших роботов 2010 года ..... 12

открытия

Японцы создали демона Максвелла ..... 16

дело техники

Люди Идеи Технологии

Регистрационное свидетельство 16769-5341ПР, выданное Министерством юстиции Украины 18.06.2010 года Учредитель: Данюк А.Р. Главный редактор: Самойлов А.В. а/я 5149, г. Харьков-144, 61144, Украина.

www.danyuk.name Рекламный отдел тел./факс (057) 754-84-82, (044) 599-37-76. E-mail: valera@tnc.com.ua Номер составлен по материалам интернет-журнала MEMBRANA www.membrana.ru Издательский проект газеты «Интересная механика» охраняется ЗАКОНОМ УКРАИНЫ «Об авторском праве и смежных правах». Номер подписан в печать 30.11.2010 г. Изготовлено: ФЛП Данюк А.Р., Тел. (057) 754-84-82. Наряд-заказ № ИМ-025. Тираж: 70110 Верстка и дизайн: тел.: (057) 751-47-04

Подписной

Индекс

3Стоимость 7 8подписки 6 –4 9.90 грн в месяц

IBM обещает миру суперкомпьютер в кубике сахара ..... 18 Баварец обогатил катание на роликах верным признаком отбойного молотка ..... 24 Двухколесный одноколесный Uno стал трехколесным ..... 26 Редкий тип батареи заявил о себе электромобильным рекордом ..... 32 Японцы вообразили размножение электростанций в Сахаре ..... 36 Выпущена первая водка с программируемой LED-этикеткой ..... 39

наука

Солнечная вспышка поддержала разработку щита для Земли ..... 40 Память из кремния превратила дефект в полезное свойство ..... 43

сетевое окружение

В связи с голограммами наметились некие подвижки ..... 46

секрет фирмы

Скоростная съемка раскрыла секрет кошачьего лакания ..... 50

эврика

Водителей-лихачей будет воспитывать девочка с мячом ..... 53 Неестественные орбиты спутников обходят стороной законы Кеплера ..... 55 Нейрон Монро приблизил эру чтения снов ..... 58 Скоростной лазер позволил камере провести съемку за углом ..... 63 Машина Tiger-Stone расстилает камни как ковровую дорожку ..... 67

здоровый интерес

Самый мощный имплантат позволил слепым читать ..... 72 Управление геном обратило вспять старение организма ..... 74 Двойная турбина продлит жизнь пациентам без пульса ..... 76

военные технологии

НЛО советской сборки ..... 80 Пленные пришельцы и «Зона-51» ..... 86

планетарный масштаб

Странные зубы древнего крокодила выдали в нем кота ..... 88

игра воображения

Символом Лондона станет орбита башни для Игр ..... 92

Топ-15 Самые интересные роботы-животные ..... 96

новости

Инопланетяне используют «Вояджер-2» для связи с землянами Немецкий академик Хартвиг Хаусдорф заявил о том, что внезапные изменения данных с межпланетного зонда «Вояджер-2» связаны с тем, что аппарат был захвачен инопланетянами. По его словам, причина некорректной работы зонда, который с 22 апреля 2010 года стал передавать землянам странного рода информацию, заключается в том, что некая инопланетная жизнь пытается связаться с жителями Земли. Странная работа модуля не похожа на поломку. По мнению Хаусдорфа, «Вояджер-2» могли захватить и перепрограммировать. Интересно и то, что все узлы системы аппарата работают исправно, исключением является лишь передатчик данных. До апрельского сбоя «Вояджер-2» передавал данные на довольно низкой скорости, однако сегодня устройства NASA считывают сигналы от модуля в течение десяти часов в сутки. До сих пор

работникам Лаборатории реактивного движения в Пасадене (Калифорния) не удалось расшифровать полученную информацию. Стоит отметить, что на борту «Вояджера-1» и «Вояджера-2» находятся послания внеземным цивилизациям, которые представляют собой диски с основными данными о Земле, представленными в звуках и изображениях.

Обнаружено единственное бессмертное существо на Земле Ученые признали медузу-гидроид Turritopsis nutricula единственным бессмертным существом на планете. Медузу, имеющую в диаметре всего 4-5 мм, ученые обнаружили в тропических водах. По мнению ученых, Turritopsis nutricula способна омолаживать себя при достижении возраста старения. Этот цикл теоретически способен повторяться до бесконечности. 4

январь • 2011

Еще в XIX веке была выдвинута теория о «биологическом бессмертии» гидры. В конце ХХ века ученые экспериментально доказали, что гидры способны омолаживать себя. По словам ученых, с помощью этих существ в будущем, возможно, удастся раскрыть секрет старения.

На Рее нашли кислородную атмосферу Чрезвычайно разреженная атмосфера спутника Сатурна оказалась богата кислородом. Такое открытие сделали ученые, проанализировав данные, полученные космическим аппаратом Cassini. Весной Cassini прошел на расстоянии всего в 97 километров от поверхности ледяной луны, благодаря чему удалось уловить атмосферу спутника. Оказалось, она состоит примерно на 70% из кислорода и на 30% из углекислого газа. Это первый случай обнаружения кислородной атмосферы у лун Сатурна. Ранее этот газ был найден на спутниках Юпитера. Зато молекулярный кислород нашли в кольцах Сатурна. Предполагаемый источник кислорода Реи таков: заряженные частицы из магнитосферы газового гиганта бомбардируют поверхностный лед спутника, разделяя воду на O2 и H2. Этот процесс, считают исследователи, аналогичен тому, что пополняет кислородную атмосферу Ганимеда и Европы. Теперь астрономы говорят, что, по всей видимости, данное явление можно будет обнаружить и на других ледяных телах Солнечной системы. А это означает, что там могут идти любопытные химические реакции. Однако едва ли не больший интерес представляет двуокись

Диаметр Реи составляет 1528 километров, и она достаточно массивна, чтобы сохранять пусть крайне слабую, но атмосферу.

Траектория Cassini (горизонтальная черта) и концентрация кислорода вокруг Реи. На врезке: предсказанное распределение кислорода (желтый график) и измеренное (белый). Атмосфера Реи в 100 раз тоньше атмосферы Европы и Ганимеда. А уж с земной ее и сравнивать неудобно: концентрация кислорода на спутнике Сатурна в пять триллионов раз ниже, чем вблизи поверхности нашей планеты. В 2005 году приборы Cassini уловили первый намек на атмосферу Реи – исходящие от луны ионы, теперь же земному разведчику удалось «пощупать» саму атмосферу.

углерода. Механизм ее пополнения пока неясен. Возможно, на Рее имеются органические соединения, которые разлагаются под ударами все тех же частиц из магнитосферы планеты и микрометеоритов. Этот углерод может вступать в реакцию с кислородом, создавая искомый газ. Кроме того, CO2 может выходить из глубин Реи, где он мог сохраняться со времени ее образования. 2011 • январь

новости

На рынок выходят солнечные батареи с рекордным КПД Американская компания Spectrolab (дочерняя фирма Boeing) начала массовое производство самой эффективной в мире наземной солнечной батареи среди тех, что поставлены на конвейер. Как утверждает в своем пресс-релизе Boeing, новинка Spectrolab – солнечные панели марки C3MJ+ – обладает эффективностью 39,2%. К первым покупателям эти батареи поступят в январе 2011 года. И в том же году Spectrolab планирует довести КПД своих серийных моделей до 40%. Несколько университетов и лабораторий в прошлые годы рапортовали о построении экспериментальных преобразователей, превысивших 40-процентную планку. В 2009 году сама Spectrolab продемонстрировала КПД опытной ячейки в 41,6%. А наивысший показатель в этой области составляет 43%. Он достигнут австралийцами с экспериментальной батареей и концентрированным солнечным светом.

Эффективными солнечными ячейками Spectrolab занимается вот уже полвека.

Однако массовый продукт заметно уступает экспериментальным образцам: разброс по КПД (он зависит от материала и технологии) составляет примерно от 8 до 20%. На этом фоне новинка Spectrolab приятно удивляет.

Кстати, в одном из своих исследований Spectrolab показала, что идеализированная солнечная ячейка в теории способна преобразовать в ток до 70% падающего солнечного света, а на практике технически достижимым следует признать показатель в 50%. Это число и будет ориентиром для отрасли на ближайшее время. 6

январь • 2011

Определены клетки – регуляторы засыпания Оказывается, ощущение сонливости напрямую связано с группой клеток, известных как астроциты. Как считают специалисты из Итальянского технологического института (IIT), именно эти клетки ответственны за старт процесса засыпания, освобождая вещество под названием аденозин. «Согласно одной из ведущих теорий, объясняющих механизм сна, когда человек бодрствует, в его мозге идет процесс накопления аденозина, содержание которого уменьшается в процессе последующего сна», – говорит один из авторов работы Томмасо Феллин (Tommaso Fellin). Предполагается, что аденозин подавляет нейроны, которые обычно стимулируют кору головного мозга. Долгое время «клеточный источник» этого вещества оставался под вопросом. Так как «давление сна», то есть физиологические механизмы, приводящие к необхо-

Астроциты играют ключевую роль в обеспечении нейронов питательными веществами, способствуют восстановлению клеток и влияют на долгосрочную деятельность мозга путем регулирования нейронных связей.

димости спать, тоже действуют «по принципу накопления», Феллин и его американские коллеги решили проверить, могут ли астроциты быть источником аденозина, вызывающего сон. Для эксперимента ученые использовали генетически модифицированных мышей, у которых был искусственно заморожен выпуск аденозина из астроцитов. Подавление выработки данного вещества сократило продолжительность сна мышей, даже после того как им не давали уснуть в течение 6 часов. Также, по словам специалистов, вмешательство предотвратило некоторые негативные эффекты, связанные с потерей сна. Как подытожил Феллин, представивший результаты работы на Форуме европейской неврологии в Амстердаме (FENS 2010), «исследование показывает, что астроциты ответственны за накопление аденозина и регуляцию засыпания». 2011 • январь

новости

Пентагон создал лекарство от гипоксии Ввиду специфичной природы Афганистана мобильность американских войск не оставляет морпехам времени на адаптацию к постоянно меняющемуся уровню высоты. Решение проблемы гипоксии предложил медицинский институт университета Кейс-Уэстерн (CWRU Создание лекарства Medicus). ной акклиматизацией, но закурировало давно знанимает он не дни, а минуты. комое нам агентство передовых оборонных исследований Институт получил от МиПрепарат уже представлен DARPA. нобороны США (DoD) грант в управление по контролю кав $4,7 миллиона на разработку средства, быстро улучшающего снабжение органов кислородом. По словам руководителя группы Джонатана Стэмлера (Jonathan Stamler), при разработке лекарства они «шли по стопам самой природы». Безымянный пока препарат расширяет сосуды и тем самым улучшает кровоток. Эта реакция организма вызывается увеличением содержаНа большой высоте содержание кислорода в крови снижания в крови оксида азота. ется, и так же резко падают физические и умственные споВ естественных условиях собности солдат. Первые эффекты гипоксии появляются на высоте 1200 метров над уровнем моря, ее же более опасная «старшая высокогорья его усиленно сестра», высотная болезнь, как принято считать, проявляется после вырабатывают эритроциты, отметки в 2400 м. препарат же заменяет такой натуральный синтез. Испы- чества продуктов и лекарств Стэмлер, уже через три года тания на животных показали: (FDA) для разрешения тестов новинка получит не только лекарство способствует про- на людях. Как предполагает военное, но и широкое гражцессу, сходному с естествен- в пресс-релизе университета данское применение. 8

январь • 2011

Японцы обновили стереоскопическое зрение автомобиля Компания Subaru объявила о создании ассистирующей системы машинного зрения New EyeSight, призванной помочь в безопасном вождении автомобиля. Новый комплекс базируется на системе EyeSight, появившейся еще в 2008 году, однако теперь она существенно модернизирована. Благодаря стереоскопической камере New EyeSight умеет точно оценивать расстояния до объектов, а обновленный софт намного лучше, чем раньше, различает пешеходов, велосипедистов, другие автомобили и препятствия. New EyeSight умеет заранее снижать скорость при сближении с идущим впереди автомобилем, если этого не делает водитель. Комплекс способен не только притормозить, но и полностью остановить легковушку (на скорости до 30 км/ч), чтобы избежать столкновения с пешеходом, другой машиной или снизить тяжесть последствий ДТП (быстрее 30 км/ч), если удара не миновать. Электроника же помогает водителю тормозить более эффективно, если он все же решает нажать на педаль. Кроме того, «электронное стереозрение» работает как

Два «глаза» автомобильной стереокамеры размещены по сторонам от зеркала заднего вида.

адаптивный круиз-контроль, поддерживая безопасную дистанцию до автомобиля впереди во всем диапазоне скоростей, сообщает компа-

ния в своем пресс-релизе. Система New EyeSight доступна на японском рынке уже с мая нынешнего года на автомобилях Subaru Legacy.

А так компьютер видит и определяет объекты на дороге.

2011 • январь

новости

Выпущена обновленная версия робота PALRO Не далее как в феврале текущего года компания Fujisoft анонсировала нового симпатичного робота под названием PALRO. http://www.youtube.com/watch?v=-hYAz-G0zOc&feature

Позиционируется это изобретение как маленький робот-компаньон для домашнего использования и развлечения. В высоту он всего лишь 40 см, и весит 1,9 кг. РALRO оснащен встроенными камерами, микрофонами, акселерометром, рядом датчиков и собственным процессором. Наряду с интегрированной программой от Fujisoft данный мини-робот оснащен и ПО с открытым исходным кодом. Это значит, что сторонние разработчики могут создавать дополнительные приложения, которые подарят PALRO новые функции. На днях компания Fujisoft сообщила о том, что интегрированная программа PALRO была обновлена до версии 2.0, и теперь благодаря этому робот умеет распознавать предметы и лица людей. На расстоянии домашний мини-гуманоид может узнать своего хозяина

январь • 2011

даже в наполненной людьми комнате. Также, благодаря способности определения местоположения того или иного предмета, PALRO идентифицирует объект и направляется к нему. Ранее было заявлено, что PALRO будет выпущен в продажу в марте 2010. Хотя он до сих пор не доступен желающим иметь такое чудо у себя дома. А вот цена на данный механизм уже известна, он будет стоить около $3300.

Проведена первая в мире хирургическая операция, в которой принимали участие лишь роботы В медицинской сфере роботы используются в разнообразных целях. Одни проводят хирургические операции и дают пациентам наркоз, как известный на весь мир Da Vinci. Другие просто работают санитарами и помогают медсестрам, как гуманоид MKR-003. И вот произошло событие, которое в области робототехники и медицины можно считать настоящей революцией. Впервые в мире хирургическая операция была проведена исключительно роботами. Заняты в операции по удалению простаты, проведенной в больнице Монреаля, были два робота – уже известный нам Da Vinci и специальный робот-анестезиолог McSleepy. Конечно, они управлялись и контролировались настоящими врачами. Но уникальность операции как раз и заключается в том, что все врачи находились за мониторами, а над пациентом в операционной трудились только роботы. Оператор Da Vinci, докторуролог Армен Априкян (Armen Aprikian) комментирует работу с роботом-хирургом: «Он позволяет нам работать на пульте управления и применять различные хирургические инструменты. Точность движений рук хирурга никогда не сравнится с точностью его действий и манипуляций». С другой стороны, вопрос анестезии также оказался непростым. В случае с удалением простаты положение тела пациента и мышечное расслабление должны быть строго соот-

ветствующими требованиям. Именно автоматизированная анестезия, которую обеспечивает робот McSleepy, и является оптимальным выходом. В целом, благодаря роботизации и этого процесса, подбор вида и мощности анестезии может варьироваться в зависимости от типа и сложности операции. Поскольку данная операция – лишь первый опыт такого рода, ученые еще планируют совершенствовать процесс, а также адаптировать больничные помещения и технические аспекты работы. Но все же опе-

ративное вмешательство, проведенное исключительно роботами – настоящий прорыв, и это нельзя не признать. 2011 • январь

новости Самая робототехнически продвинутая страна представила своих самых передовых роботов, и это событие осталось практически не замеченным. Удивляться тут нечему. Именно тот факт, что роботы перестали удивлять, стабилизировались в развитии, достигнув некой планки, – пожалуй, это лучше всего и объясняет обвальное падение интереса публики. Самую современную робототехнику мира нынче чествуют на локальном междусобойчике.

Японцы назвали лучших роботов 2010 года

Лауреат премии «Robot Award 2010» робот Expliner движется по проводам ЛЭП. Дистанционно управляемая машина насчитывает полтора метра в длину и высоту, имеет 80 кг веса. Главное оружие – видеокамера.

Министерство экономики, торговли и промышленности Японии (METI) вместе с организациями-сателлитами отметило наградами наиболее перспективные, по его мнению, образцы робототехники Страны восходящего солнца. Премия Robot Award мало того что не международная, так еще и молодая – вручили ее лишь в четвертый раз, причем с перерывом в год. Но ценность этой

январь • 2011

награды для японцев высока, о чем свидетельствует неподдельный восторг получивших премию создателей 12 самых разнообразных машин. Рассмотрев 92 заявки от производителей, METI возложило самые высокие ожидания (за которые и полагается главный «министерский» приз) на промышленный манипулятор от компаний Toyota и Ochiai Nexus. Этот безымянный робот трудит-

ся на сборочном конвейере и занят пока исключительно тем, что укладывает запасное колесо в багажник автомобиля. Как сообщается в прессрелизе METI, главными достоинствами победителя являются безопасная и комфортная работа вместе с людьми и малая мощность (80 ватт) вкупе с энергосбережением. http://www.youtube.com/ watch?v=volPG05v23I&feature

Условное второе место (награда за лучшее решение для малых предприятий) досталось автоматизированному комплексу HAMDAS-R компании Mayekawa. Огромная и сложная машина фактически берет на себя ручную работу квалифицированного персонала на мясокомбинате – аппарат поэтапно

разделывает свинину, автоматически распознавая кости различных размеров и форм, удаляя их. http://www.youtube.com/ watch?v=FTZ2D7XEk8g&feature

Премии удостоилась робо-

тотехническая система HOSPI, созданная компанией Panasonic для лечебных учреждений. Ее приветила наградой Японская машиностроительная федерация (JMF). Среди прочего робот занимается отпуском лекарств пациентам, тем самым высво-

Может показаться, что робот, кладущий запаску, непозволительно прост и не достоин быть лучшей машиной года. Особенно на фоне таких навороченных соперников. Однако простота, как это часто бывает, обманчива. Важнейшее преимущество – безопасность работающего бок о бок с машиной человека. Пишут, что робот очень гибкий и чуткий: лазерные дальномеры не позволят ему «разгуляться», а в случае чего манипулятор достаточно оттолкнуть рукой – он сразу утихомирится. На заводе «Тойоты» робот трудится с января. Японцы подумывают поручить ему установку батарей и двигателей.

бождая персонал и повышая качество услуг в больницах. 2011 • январь

новости Компания Panasonic вместе с партнерами развивает роботов-медбратьев с 1998 года. Первые полевые тесты состоялись в 2002-м, а в 2006 году машины начали применять в японских больницах. В 2009-м роботы прошли испытания в лечебницах Южной Кореи. Сообщений об инцидентах не поступало. Стандартная модель при росте 130 см весит 120 кило, заряда батарей хватает ей на 7 часов.

Космическое агентство Японии (JAXA) и корпорация NEC заслужили поощрение за роботизированную руку, которая действует на МКС в составе лаборатории Kibo.

Компания HiBot и ее партнеры были отмечены призом за аппарат Expliner, предназначенный для инспекции высоковольтных линий электропередачи. (Как эту захватывающую дух работу выполняет человек,

многие могут наблюдать в видеоролике.) Expliner получил премию от организации предпринимателей малого и среднего бизнеса (SMRJ). http://www.youtube.com/ watch?v=tcakf1LcOe0&feature

Космическая рука получила награду с самым длинным названием – National Museum of Emerging Science and Innovation Chief Executive Director Award. Это значит, что робот очень понравился руководству музея Miraikan.

январь • 2011

Также не остались без наград фирма S-I Seiko со своим сборщиком клубники, компания KHI с машиной, которая в стерильных условиях работает с культурами клеток, и фирма D3PT, создавшая для роботов превосходный коммуникационный модуль. http://www.youtube.com/ watch?v=uef6ayK8ilY&feature

Ну а Токийский университет сельского хозяйства и технологий (TUAT) и компания Nissin отличились тем, что сделали автомобиль приспособленным для управления инвалидомколясочником. В частности, они использовали джойстик для задействования педалей газа и тормоза. http://www.youtube.com/watch?v=pQT7QiPuwg&feature

Призов хватило и двум моделям промышленных манипуляторов компании FANUC Robotics, славящейся силой своих механизмов. Кстати, робот M-430iA в 2007 году взял робопремию METI как лучший из лучших.

ства Mitsubishi. http://www.youtube.com/ watch?v=5eyWBwqoMtk&feature

Единственным человекоподобным лауреатом премии «Robot Award 2010» стала девушка-андроид HRP-4C. Пожалуй, сегодня только «эйчар-пи-фо-си» может привлечь к роботам внимание публики, и для этого ее создателям приходится очень, ну очень сильно стараться. http://www.youtube.com/ watch?v=xcZJqiUrbnI&feature

http://www.youtube.com/ watch?v=aTfO3jxSaAs&feature

Японцы говорят, что этот робот, автоматически собирающий клубнику, – первый в мире. Машина наделена отменным зрением и очень деликатным манипулятором: благодаря 3D-камерам она определяет точное местоположение, кондицию ягоды и бережно срезает ее, аккуратно роняя в поддон. Все это робот одинаково успешно делает и ночью.

В этом году не обошла премия противопожарного роботаразведчика FRIGO-M производ2011 • январь

открытия

техника, вселенная, время

Демона Максвелла – мысленный эксперимент, покушающийся на второе начало термодинамики, удалось поставить в реальности физикам из университетов Тюо (Chuo University) и Токио (University of Tokyo).

Японцы создали демона Максвелла

Основа опытной установки: ротор из пары микросфер и четыре электрода (A-D), на которые подается синусоидальное напряжение со смещенными фазами (шарики и электроды показаны в разном масштабе).

Японцы создали два связанных шарика полистирола диаметром 0,3 микрометра каждый. Один находился на поверхности стекла, второй мог вращаться вокруг первого. Установку при этом заполняла жидкость. Ее молекулы хаотично подталкивали шарики (броуновское движение),

январь • 2011

естественно, с равной вероятностью как по часовой, так и против часовой стрелки. Далее авторы добавили слабое электрическое поле, которое создавало крутящий момент. Это был аналог лестницы, по которой шарик мог «взбираться», увеличивая потенциальную энергию. Ино-

гда молекулы толкали ротор против действия поля (подъем), иногда в сторону поля (прыжок по ступенькам вниз). Но в целом ротор вращался туда, куда его толкало внешнее поле. Но вот физики добавили «демона» – высокоскорост-

Системы с обратной связью, говорят японские физики, могут представлять собой машины нового типа, преобразующие информацию в энергию. Теоретически в будущем подобные устройства могли бы питать за счет броуновского движения микромашины. На рисунке показана условная схема эксперимента. Положение вращающегося ротора тут заменено шариком, прыгающим по ступенькам случайным образом. Когда шарик прыгает вверх, умный демон Максвелла ставит барьер, не позволяющий шарику скатиться обратно. При этом «демон» сам не подталкивает шарик.

ную камеру, наблюдающую за шариком, и компьютер, управляющий полем. Каждый раз, когда ротор в броуновском движении делал шаг против поля, компьютер сдвигал последнее так, что шарик мог повернуться, но когда ротор

практике доказал реальность теплового насоса – демона Максвелла, теоретически обоснованного Лео Сцилардом в 1929 году. Такая машина извлекает энергию из изотермической окружающей среды и преобразует ее в работу.

Общий принцип теплового насоса – демона Максвелла («двигатель Сциларда»). Макроскопическая система (компьютер) управляет событиями в микроскопической системе (в реальности – ротор и поле, а условно – комната с молекулами и перегородкой) за счет получения информации о ней. Энергия в микроскопической системе растет (и может производить полезную работу), но не вполне бесплатно, поскольку «демон» потребляет энергию на получение информации и управляющие действия.

пытался вращаться обратно, поле блокировало его. Так был создан аналог открываемой и закрываемой демоном Максвелла дверцы: ротор увеличивал свою энергию за счет теплового движения молекул. Законов природы, впрочем, установка не нарушает, поскольку для работы «демона» (камеры, системы коррекции напряжения) необходима энергия. Но японцы подчеркивают: данный опыт впервые на

Новый эксперимент, утверждают его авторы в статье в Nature Physics, позволил также проверить уравнение Ярзинского (Jarzynski equality), описывающее преобразование информации в энергию. Ученые посчитали, сколько бит содержали кадры с положением ротора, и установили, что при комнатной температуре один бит превращается в 3 х 10–21 джоулей, в полном соответствии с теорией, – сообщает New Scientist. 2011 • январь

дело техники

техника, механизмы, электроника

IBM обещает миру суперкомпьютер в кубике сахара

Когда речь заходит о миниатюризации компьютеров, принято рассуждать о технологиях, которые позволяют упаковать элементы чипов еще плотнее, чем раньше. Но зачастую из вида упускается один важный момент – перегрев. Решение задачи эффективного охлаждения процессоров – ключ к дальнейшему развитию отрасли. В этом уверены специалисты небезызвестной компании.

Сервер IBM BladeCenter HS22 в специальном исполнении – лишь один из шагов на пути к предельной миниатюризации компьютеров.

http://www.youtube.com/watch?v=FbGyAXsLzIc&feature

Ученые из IBM считают, что радикально улучшив отвод тепла от микросхем, можно одним выстрелом убить сразу двух зайцев. Во-первых, продвинуться на пути миниатюризации вычислительных комплексов, а во-вторых, серьезно снизить стоимость эксплуатации суперкомпьютерных комплексов и центров хранения/обработки данных.

январь • 2011

При этом не придется отказываться от кремния как традиционной основы технологии микросхем. Соблазнительно, конечно, попробовать перейти на чипы из карбида кремния, способные работать при температуре до 650 градусов Цельсия. Но даже им потребуется хоть какая-то система охлаждения. Дело в том, что современные

серийные процессоры обладают теплоотдачей 50-100 ватт на квадратный сантиметр площади, что на порядок больше, чем у конфорок электрической кухонной плиты. Если чип вовремя не отключить, без охлаждения он очень быстро выходит из строя. Процессоры будущего, по прогнозу IBM, продемонстрируют еще большую генерацию тепла на единицу поверхности. Без охлаждения они будут нагреваться до температуры поверхности Солнца (в теории, потому что еще раньше расплавятся).

Так что карбид кремния сам по себе проблемы не решит и, судя по всему, останется экзотикой для узких областей применения (чипы в космических аппаратах или внутри газотурбинных двигателей). Но, может, лучше менять не микросхемы, а способ их охлаждения? На ум сразу приходит вода. Собственно, водяное охлаждение чипов придумано давно. Но если подопечный – очень мощная компьютерная система, недостаточно просто доставить жидкость к поверхности процессоров. Нужно очень равномерно распределить этот поток, а Вода способна отводить тепло в 4000 раз эффективнее, чем воздух. Потому-то многие компании и строят различного рода водяные системы. Но то, что годится для десктопа, трудно развернуть до масштаба суперкомпьютера. Такого, как показанный здесь американошвейцарский аппарат.

Современные кулеры для процессоров – порой настоящее произведение искусства. Но зачастую положение не спасает ни хороший вентилятор, ни чудовищный радиатор с развитой поверхностью.

потом быстро отвести нагретую воду прочь. В поиске наилучшей схемы IBM обратилась к природным патентам. Специалисты вдохновились кровеносной системой человека. В ней крупные артерии несут насыщенную кислородом кровь к периферии организма, постепенно разбиваясь на все более мелкие сосуды, в конце концов заканчиваясь мельчайшими капиллярами. Обратный ток обеспечивает вторая сеть из 2011 • январь

дело техники капилляров, сливающихся в более крупные «трубопроводы», в свою очередь несущие кровоток к большим венам. В комплексе от IBM крупные трубки постепенно ветвятся на все более мелкие, по мере того как вода поступает к ключевым местам компьютерных плат. Но главное – на процессоре установлен тонкий бутерброд с лабиринтом из отверстий. По мере приближения к поверхности чипа водяной поток расходится по мелким каналам поперечником в доли миллиметра. Аналогичная сеть капилляров и трубок собирает нагретую воду. При этом температура подходящей жидкости равна 60 градусам Цельсия, а уходящей – 65-68 °C. Рабочая же температура чипа не превышает 80-85 градусов.

Охлаждение «по методу IBM» устроено по мотивам кровеносной системы.

Прототипом крупных ЭВМ с такой системой охлаждения стал суперкомпьютер Aquasar, запущенный в мае 2010 года.

Один из ранних прототипов платы с мощными процессорами, охлаждаемыми, как ни странно звучит, горячей водой. Охлаждение работает на сравнительно скромной разнице температур, но за счет высокой теплоемкости H2O обеспечивает хороший теплоотвод от микросхем.

январь • 2011

Это совместное детище европейского исследовательского отделения IBM (IBM Research – Zurich) и швейцарского федерального технического университета (ETH Zürich), где и расположена удивительная машина. Аппарат размером с крупный холодильник представляет собой кластер из 42 серверов двух моделей (QS22 и HS22). 28 из них (22 QS22 и 6 HS22) оборудованы инновационным водяным охлаждением, а остальные (11 QS22 и 3 HS22) – обычным воздушным. Это сделано для сравнения двух технологий в равных условиях. Любопытная особенность разработки: отведенная от суперкомпьютера вода поступает в теплообменник, где отдает энергию воде, которая курсирует в

техника, механизмы, электроника

Ральф Айхлер (Ralph Eichler), президент ETH Zürich, и Джон Келли (John Kelly), вице-президент IBM, глава исследовательского отдела, на церемонии открытия «Аквазара» – первого в своем роде суперкомпьютера, охлаждаемого горячей водой.

«Аквазар» вмещает 20 литров воды, которые прогоняются по всему контуру с темпом 30 л/мин. В систему включены фильтры, предотвращающие засорение микроканалов в процессорах от попадания твердых частиц.

системе обогрева здания. В обычных дата-центрах холодильные установки создают поток воздуха с температурой 15°C. Воздух проходит через стойки с серверами, а нагретый воздушный поток, как правило, без всякой пользы выбрасывается на улицу. Неудивительно, что нынешние центры обработки данных 50% потребляемой энергии тратят на холодильные агрегаты. Водяное охлаждение «Аквазара» намного эффективнее: в целом суперкомпьютер на 40% экономичнее сопоставимых по производительности машин с воздушным охлаждением, – утверждают швейцарцы. При суммарной скорости в шесть триллионов операций в 2011 • январь

дело техники секунду комплекс потребляет около 20 киловатт. Это не рекорд, но параметр достойный. Так, первая десятка в рейтинге «самых зеленых» суперкомпьютеров планеты (Green500) обладает производительностью от 400 до 770 миллионов операций в секунду на ватт потребляемой мощности. Кстати, недавно отметившийся рекордом скорости китайский суперкомпьютер обладает показателем экономичности в 620 мегафлопсов на ватт. Но если вспомнить, что до 9 киловатт дарового тепла от «Аквазара» идут на полезный обогрев помещений университета, параметры отдельно взятой «водяной», то есть экспериментальной части выглядят еще привлекательнее. IBM сообщает, что при общей производительности 22-х серверов QS22 в 3,4 терафлопса они вместе с сопутствующим оборудованием тянут из сети 7,5 киловатта мощности. Но при этом 4,5 кВт генерируют в виде утилизируемого тепла. С его учетом эффективность «Аквазара» составляет уже 1,1 гига флопса на ватт. Технология охлаждения «Аквазара» масштабируется до машин петафлопного класса. Но для IBM это только исследовательский полигон. Испытания компьютера помогут инженерам и ученым в разработке еще более «уплотненных» машин. Доктор Бруно Мишель (Bruno Michel), руководящий в 22

январь • 2011

IBM выстроила такую цепочку: плата (на верхнем снимке – сервер QS22), система циркуляции воды, обогрев здания. Кстати, в новой схеме водяное охлаждение получили не только процессоры, но и чипы памяти и некоторые другие критические элементы сервера.

техника, механизмы, электроника

Обогревая помещения (3) горячей водой от компьютеров (1), пресловутый углеродный след дата-центров и суперкомпьютерных центров можно сократить на 85%, – утверждают разработчики «Аквазара». 2 – промежуточный теплообменник.

IBM Research – Zurich исследованиями по системам охлаждения чипов, один из главных авторов «Аквазара», говорит: «Мы планируем, что за 10-15 лет сможем утрамбовать такую систему в кубик сахара». Чтобы достичь уровня «кубика сахара», IBM намерена создать чипы, в которых сразу несколько процессоров сложены один на другой практически без зазора. Между такими схемами будут проложены разветвленные сети водяных каналов толщиной с человеческий волос. Столь плотная упаковка решит сразу несколько проблем: радикально сократится расстояние между чипами, что благотворно скажется на скорости вычислений, уменьшится длина соединений (будет ниже энергопотребление), общий размер компьютера окажется скромнее. Этот подход, своего рода третье измерение для закона

между слоями схем (они должны быть водонепроницаемы). Компьютер такого рода должен оказаться быстрым, компактным и «зеленым». Последнему обстоятельству обрадуются не только экологи. «В будущем компьютеры будут доминировать сообразно энергетическим затратам – работа дата-центра будет обходиться дороже, чем его постройка», – прогнозирует Мишель. Собственно, уже сейчас вла-

От идеи многослойных процессоров (слева вверху) к первым прототипам (на снимках): IBM считает, что водяное охлаждение схем не сказало своего последнего слова. В будущем можно испытать в роли теплоносителя смесь воды и микрокапелек масла (аналог плазмы крови и кровяных клеток). Для снижения жидкостного трения и насосных потерь поверхности микроканалов можно сделать гидрофобными... В общем, тут еще поле непаханое для исследований.

Мура, IBM уже апробирует в своих лабораториях. Пару лет назад она сумела организовать охлаждение трехмерного чипа, а позже построила сэндвич из четырех процессоров. С такими устройствами компания намерена отработать тончайшие каналы для подвода воды, а еще вертикальные электрические связи

дельцы мощных конгломератов компьютеров ощущают на своих кошельках, сколь немало стоит подпитывать «прогресс» из розетки. По оценке аналитической компании IDC, в прошлом году дата-центры Земли «сожгли» 330 тераватт-часов или примерно два процента от мировой выработки электроэнергии. 2011 • январь

дело техники

техника, механизмы, электроника

Баварец обогатил катание на роликах верным признаком отбойного молотка

По словам очевидцев, немецкий изобретатель вскакивает на свое детище, как ведьма на метлу, а его транспортное средство при этом похоже на отбойный молоток, который буксирует наездника. Сам 43-летний новатор не прибегает к сравнениям – он твердит об ощущении полета, которое дарит его одноколесный аппарат наряду с другими «беспрецедентными, немыслимыми возможностями».

http://www.youtube.com/watch?v=Y82gj_KjYQs&feature http://www.youtube.com/watch?v=FdvdPN4JHBY&feature http://www.youtube.com/watch?v=eW7LwZYJ_lY&feature

Томас Ранк уверен, что с его изобретением кататься на роликах даже безопаснее, чем без оного. Какое спорное утверждение.

«Я пытаюсь изменить мир и проторить дорогу моторизированным моноциклам», – говорит Томас Ранк (Thomas Rank), житель баварского Ансбаха. Последние шесть лет он посвятил разработке устройства по имени FlyRad («летающее колесо»), которое должно выйти на рынок в 2011 году по неназванной пока цене.

январь • 2011

Аналогия с отбойным молотком действительно напрашивается больше других. FlyRad обладает схожими с молотком формой, размерами (чуть больше метра в длину) и весом (22,5-26,5 кг), имеет похожие рукоятки и точно так же во время эксплуатации болтается между ног, смещаясь вперед-назад. На этом сходства заканчиваются.

техника, механизмы, электроника

Тогда как на 98,9% фотографий FlyRad демонстрирует Томас, в соавторах изобретения числится Шелли (Shelley Rank) – вероятно, это та девочка, которую тоже можно увидеть на «флираде».

Дальше – различия, ибо рабочему с отбойным молотком не резон вставать на роликовые коньки, тогда как пользователю «флирада» без роликов не обойтись. FlyRad, по словам Томаса Ранка, является «идеальным дополнением» к конькам. Это во-первых. Во-вторых, там, где у ударного инструмента находится долото, FlyRad располагает 12дюймовым колесом, которое через цепную передачу связано с электромотором мощностью от 350 до 1000 ватт. Энергию «флираду» поставляет литиево-железофосфатный аккумулятор: его полной зарядки, занимающей 4-6 часов, должно хватить на 50 километров пробега. В-третьих, на отбойном молотке невозможно

разогнаться до 40 км/ч, а у «флирада» это максимальная скорость. FlyRad позволяет ехать на себе стоя, сидя и на корточках, причем позиции можно менять на ходу. Наибольший интерес

представляет, конечно, сидячее положение. В этом случае наездник усаживается (отчасти) сам у себя на коленях. Он также может отпустить руль и ехать без рук – как раз в этом, по мнению изобретателя, заключается ощущение полета. Свой FlyRad Томас явил миру на ярмарке iENA («Идеи, изобретения, новые продукты»), прошедшей с 28 по 31 октября в Нюрнберге. Говорят, изобретение Ранка даже заслужило серебряную медаль выставки. Точнее, одну из 106 серебряных медалей, розданных независимым новаторам наряду с 79 золотыми и 74 бронзовыми. Для «флирада» это высокая оценка, учитывая, что другие продукты из той же узкой ниши – буксировщики роллеров EasyGlider и PowerSki – получив 15 минут славы, тихо прекратили свое существование за ненадобностью.

Рекомендуемый возраст пользователя «флирада» – от 15 до 99 лет. В арсенале Ранка есть три версии: для детей, подростков и взрослых. По словам разработчика, в нынешней модели спидометр, ручка тормоза и подстаканник сами подстраиваются при изменении положения наездника. Фару, правда, нужно переворачивать вручную. Томас также предусмотрел электронный ограничитель скорости, кнопку для его отключения Stopp-All-Limits-Switch и пульт дистанционного управления для езды со свободными руками 2011 • январь

дело техники

техника, механизмы, электроника

Двухколесный одноколесный Uno стал трехколесным

Когда юный изобретатель задумал новое компактное средство передвижения для города, по всему выходило, что оно должно быть одноколесным, то есть моноциклом. Вскоре выяснилось – одного колеса, увы, явно маловато. Тогда появился неправильный, двухколесный моноцикл, но и он оказался несовершенен… А недавно в результате последней модернизации количество колес снова изменилось.

Куча железа, сдобренная сенсорами, рычагами и электромоторами. Такова плата за попытку совместить в одном изделии противоречивые свойства.

http://www.youtube.com/watch?v=hXO4Ki8qsvk&feature

Удивительную спираль эволюции продемонстрировали 21-летний канадский изобретатель Бен Галак (Benjamin Poss Gulak) и его американская компания BPG-

январь • 2011

Motors. Три колеса их персонального транспортного средства не только вращаются, но и двигаются по своему разумению. И это нагромождение частей, эта сложность

техника, механизмы, электроника

явилась на свет как продолжение замысла, гласящего «выкидываем все лишнее»! Напомним, идея электрического транспортного средства с одним колесом и мотоциклетным седлом восходит к стародавнему концепту Bombardier EMBRIO, родившемуся, что примечательно, в той же Канаде. Виртуальную модель «эмбриона» дизайнеры показали в 2003 году, дав повод для шуток: мол, в буду-

Бен около своего дома близ Торонто. С этого прототипа началась эволюция Uno.

щем у машин колес совсем не останется. В теории одного колеса хватало с избытком – тут тебе и компактность, и маневренность, и ультрасовременная внешность, и много чего еще. Техническая выполнимость особо не оспаривалась, ведь способность автоматически

Uno образца 2008 года. Яркая окраска, обтекатель, светотехника – ни дать ни взять мотоцикл, только странный. До превращения его в «практически мотоцикл» оставался лишь шаг. 2011 • январь

дело техники держать равновесие как раз в то время доказал одноосный самокат Segway. В основе работы упомянутых устройств лежит вполне ясный принцип: гироскопы отслеживают наклон, электроника думает, электромоторы исполняют. Но так как дьявол кроется в деталях, разработка любого нового самоуравновешивающегося аппарата – инженерный подвиг. Его Бен Галак и совершил в 2007 году, явив миру первый прототип Uno. У того образца, правда, было уже два колеса, но визуально они почти сливались в одно, ибо стояли плотнячком друг к другу (формально это был дицикл). В 2008 году Бенджамин, «обросший» к тому моменту наставниками и единомышленниками, трансформировал исходный проект. Новое поколение Uno, сходное по устройству, было уже больше пригодно для серийного выпуска и вид имело абсолютно товарный, однако… Увы, оседлавший вторую генерацию Uno человек вряд Галак верхом на прототипе моноцикла с двумя сдвигающимися колесами и предпоследняя модель трансформера. Как ведет себя машина в щекотливый момент смены режима движения, изобретатель подробно не рассказывает, ссылаясь на необходимость дальнейшей шлифовки технологии. Тут стоит вспомнить, что у конвертопланов (гибридов самолета и вертолета) самый опасный момент – переход на лету между двумя способами создания подъемной силы.

январь • 2011

техника, механизмы, электроника

ли способен избавиться от ощущения, что при резком торможении немедля перекувыркнется через руль. Все электронные премудрости не могут защитить изобретение Бена от действия законов физики. Передвигаться на таком аппарате следует с осторожностью, а канадцу хотелось нормальных скоростей. Решение, конечно, нашлось. Эволюционировавший Uno обрел продольную балку под брюхом, вдоль которой два его колеса могли расходиться взад и вперед по мере набора скорости. Так моноцикл на ходу трансформировался во вполне обычный электробайк. Уверенности и надежности прибавилось. Но машина стала сложнее, тяжелее и крупнее. В сравнении с обычным мотоциклом она все еще смотрелась несколько компактнее, но ее преимущество в маневренности (в режиме с совмещенными колесами) было призрачным. Трудно представить место на улицах города, где не смог бы развернуться владелец обычного байка или скутера. Неужели Бен и вправду решил ездить на Uno внутри зданий? Если вы хотите быстро плавать, вам необходимо вытянутое тело, заостренный нос и плавники. И не важно, по какому пути вы пришли к

их созданию. Именно поэтому дельфины так похожи на рыб, хотя не имеют к ним никакого отношения. В биологии это называется конвер-

гентной эволюцией. Как раз таким путем продолжилось совершенствование аппарата. Добавив схеме с разъезжающимися

Последнее поколение Uno. На крейсерской скорости этот аппарат легко перепутать с мотоциклом, и только при спокойном катании по переулкам или парковкам можно увидеть главную изюминку машины – балансирование на одном (тройном) колесе. 2011 • январь

дело техники колесами симметрии, канадец получил феноменальный моноцикл о трех колесах. Уже не «моно», не «стерео», а домашний кинотеатр какой-то. Впрочем, «моно» его можно смело величать до скорости 24 км/ч, ведь именно на ней происходит практически мгновенное преобразование. Процесс впечатляет. Только что все три колеса катились бок о бок, фактически работая как одно широкое, но вот электроника дает команду – и среднее выскакивает вперед, а крайние смещаются назад и прижимаются друг к другу. От неправильного мотоцикла не осталось и следа – перед нами вполне обычный на вид байк. Галак признается, что процесс перехода между двумя способами езды для пилота Uno «очень страшный». Все происходит за секунду. Но команда изобретателя работает над отладкой механизма и алгоритма срабатывания. В финальном варианте, уверяет новатор, все будет хорошо. Эволюционный ли это тупик или гениальное озарение – ответят только покупатели Uno. BPG-Motors намерена в течение года выпустить пробную партию из 30 «моноциклов» по цене около $25 тысяч (по мере роста производства она может быть сни30

январь • 2011

жена втрое). Это, конечно, все равно немало за аппарат с максималкой 56 км/ч.

Полагаем, трансформер Бенджамина столкнется на рынке с той же проблемой,

Бен полагает, что внешнее сходство его электробайка с привычными двухколесными машинами – это плюс. Мол, людям легче будет принять Uno как эволюцию уже известного. Вот только эволюция эта какая-то странная. Поставив перед собой задачу получить мотоциклетную устойчивость, Галак пришел к закономерному решению. И – о чудо! – это оказался мотоцикл. Правда, на малой скорости он может показать пару цирковых трюков, но какова их ценность в реальной дорожной обстановке?

техника, механизмы, электроника

что и Segway. Промежуточный по характеристикам аппарат, с заоблачной ценой и специфичной категорией пользователей, застрял между мирами, между полноценным транспортом и спортивноразвлекательными снарядами, между тротуаром и дорогой. В том же тупике, скорее всего, окажется другой канадец, создатель другого самобалансирующего моноцикла SBU, несмотря на то что коллега Бена выбрал иную дорожку и предельно упростил конструкцию своего детища… Думается, стремление Галака к универсальности Uno может сыграть с автором проекта плохую шутку. Говоря об ареале обитания, Бен рассуждает даже о загородных поездках, и во многом

Все транспортные средства получаются у Галака воистину диковинные. Только недавно мы рассказывали о его самокате-вездеходе DTV Shredder.

Оранжевый моноцикл мечтательно вмонтирован в ньюйоркский пейзаж. Появление Бена на шоу изобретателейпредпринимателей Dragons Den помогло канадцу найти спонсоров, так что мелкую серию Uno мы, вероятно, увидим. А вот дальше...

из-за них пришлось городить огород со сдвижными колесами. И все это обернулось чрезмерным усложнением с парадоксальным, на первый взгляд, ростом числа колес. Кстати, если продолжить уже начатую линию, Uno можно кое-что добавить. Ну, для большей устойчивости. 2011 • январь

дело техники

техника, механизмы, электроника

Редкий тип батареи заявил о себе электромобильным рекордом

Новый рекорд интересен не столько километрами, сколько технологией, которая за ним стоит. В некотором роде это темная лошадка, которая может с равной вероятностью как не дойти до финиша (успеха на рынке) вовсе, так и обойти соперников.

Самый дальний пробег без подзарядки для обычного авто на загородной трассе послужил рекламой молодому производителю батарей. Мало кому известная компания утверждает, что ее продукт – это высокая удельная емкость, отменная мощность, прекрасный КПД и потенциальная дешевизна. Трудновато поверить. А ведь авторы новации говорят еще и о скором серийном производстве.

Удивили мир две немецкие компании – энергетическая Lekker Energie и специалист по аккумуляторам DBM Energy. Они построили электрическое авто Lekker Mobil («леккермобиль») на основе давно снятого с производства хэтчбека Audi A2. В ночь с 25 на 26 октября этот аппарат добрался из Мюнхена в Берлин, потратив на дистанцию в 605 километров чуть менее семи часов. У Бранденбургских ворот желто-фиолетовый экипаж

январь • 2011

ожидала пресса. Вышедший из-за руля A2 исполнительный директор DBM Energy Мирко Ханнеманн (Mirko Hannemann) пошутил: «Если кто-то из журналистов хочет зарядить свой iPhone, у нас осталось еще немного электроэнергии». Немцы утверждают, что после пробега в батарее сохранилось 18% от начального запаса. Для сравнения вспомним, что в мае нынешнего года малолитражка Daihatsu Mira, переделанная на электротягу япон-

техника, механизмы, электроника

ским клубом электромобилей (JEVC), проехала на одной зарядке 1003,184 километра. Но тот рекорд был поставлен на закрытом треке и при средней скорости 40 километров в час. А «леккермобиль» шел по трассе с темпом 88 км/ч. Что касается пробега по обычному шоссе, то та же самая Mira в прошлом году показала 555,6 километра на одной зарядке. Так что немцы действительно покорили новую высоту. При этом важно, что у японцев аккумуляторный блок занимал существенную долю полезного пространства внутри переделанного авто, а DBM ухитрилась не потревожить ни салон машины, ни ее багажник. Ячейки от DBM Energy относятся к литиево-металлполимерным батареям (LMP). Эта многообещающая разновидность химических источников тока появилась еще в 1990-е годы. Тогда над технологией независимо работали сразу несколько компаний. Сейчас и опыты продолжаются, и даже единичные производители LMP есть, но диапазон применений таких ячеек пока очень мал. А для транспорта это и вовсе – невиданная диковинка. Ключевое отличие LMP от родственных литиево-ионных батарей: первые используют металлический литий, в то время как у вторых этот элемент существует либо в форме окси-

да (или фосфата), либо в виде ионов внутри углеродного материала. Кроме того, в LMP применяется твердый электролит. Тему LMP ученые и инженеры едва не забросили, так как долго не могли решить ряд проблем. Батарея нормально работала только при 60 градусах Цельсия, что требовало сложной системы контроля за температурой. Да и вопрос безопасности стоял остро. Не менее печально выглядел срок службы LMP-аккумулятора: поначалу это были 100-200 ци-

27-летний Ханнеманн (на снимке он выходит из машины) – физик, выпускник Технического университета Ильменау (TU Ilmenau).

клов заряда-разряда. А ведь электромобилям требуется стойкость батарей хотя бы на 1000 циклов. Основанная в 2009 году DBM Energy взялась преодолеть все эти трудности. И ныне, по уверениям Ханнеманна, LMP стали пригодны для использования в электрических транспортных средствах. 2011 • январь

дело техники Собственную технологию LMP немцы назвали Kolibri AlphaPolymer. Но о ее тонкостях компания – молчок. Разработчики лишь уверяют, что самопроизвольное возгорание этой батареи исключено, даже при ударах, и что аккумулятор Kolibri полностью работоспособен при температурах от -40 до +100 °С. Известно также, что в LMP используется меньше лития, чем в традиционных литиевоионных аккумуляторах, что в новинке нет дорогостоящего кобальта, что ячейки Kolibri несколько легче и мощнее нынешних литиевых батарей и к тому же обладают КПД в 97%. И еще приятный сюрприз: при наличии мощной розетки с должным напряжением и током

батареи Kolibri AlphaPolymer можно заправить за шесть минут. По этому параметру немецкие LMP могут поспорить с японскими батареямипятиминутками SCiB, появление которых на электромобилях только ожидается.

Емкость аккумулятора, поставленного на A2, равна 115 киловатт-часов. Потраченные на 605 километров 94,3 кВт-ч означают средний расход электричества в 156 ватт-часов на километр. Это неплохо, учитывая, что в ту холодную ночь Мирко включал в салоне обогреватель.

29 января 2010 года Ханнеманн и его стартап получили специальный приз за инновации в рамках ежегодной премии «Интеллектуальный автомобиль» (Auto der Vernunft). Жюри высоко оценило батарею редкого типа, открывающую новые возможности для транспорта. На церемонии вручения Мирко заявил, что рассчитывает проехать на электромобиле от Мюнхена до Берлина без подзарядки, а вот теперь осуществил задуманное.

январь • 2011

Мирко не может сказать, сколько будет стоить его серийный аккумулятор. Это зависит от масштаба производства. Теоретически же себестоимость LMP может быть вдвое меньшей, чем у нынешних литиевоионных батарей. Мирко уже предлагали попробовать поставить новый

техника, механизмы, электроника

аккумулятор на электрическое инвалидное кресло, но он считает такой проект слишком скромным, мол, при таком малом энергопотреблении все достоинства Kolibri попросту не раскроются. Немецкий новатор надеется на внимание автопроизводителей. На вопрос «когда компания сможет начать крупномасштабное производство новых аккумуляторов?» Ханнеманн

Чтобы догнать Японию и Корею на ниве массовой электрофикации автотранспорта, в частности, совершенствовать технологии аккумуляторов и развивать сети зарядных станций, германское правительство выделило различным немецким компаниям $700 млн. А на проект Ханнеманна с рекордным А2 $380 тысяч предоставили власти Берлина, города, в котором базируется DBM Energy.

ответил: «Оптимистично? Хоть сейчас».

Над совершенствованием LMP работают не только в Европе. Эксперименты с такими ячейками ставит американский консорциум передовых батарей (USABC) при содействии ряда организаций США и Канады. На верхнем рисунке – их проект. Внизу: американская компания Infinite Power Solutions выпускает совсем крохотные LMP-батареи THINERGY MEC, предназначенные для встраивания в микрочипы, сенсоры, смарт-карты и так далее. Прямоугольники MEC со сторонами от 1 до 5 сантиметров обладают толщиной всего 0,17 миллиметра и весят меньше грамма. По составу электродов и электролита они несколько отличаются от американских собратьев, но в целом устроены очень похоже.

Перед тем как построить рекордный электромобиль, немцы апробировали новые батареи на вилочном погрузчике в компании Papstar. Аппарат показал, что способен работать по 28 часов без зарядки. 2011 • январь

дело техники

техника, механизмы, электроника

Японцы вообразили размножение электростанций в Сахаре

Солнечные электростанции, которые производят другие солнечные электростанции, которые... Этот экспансивный процесс, если ему дать где разгуляться, например в пустыне, обеспечит человечество прорвой энергии. Такой необычный план спасения планеты от нехватки энергии и экологического коллапса придуман в Японии.

Солнечные электростанции в пустынных местностях существуют давно, к примеру, в Неваде (на снимке). Однако охватить подобной стройкой существенную часть Сахары – смелый план. Зато в случае успеха и выигрыш будет велик. http://www.youtube.com/watch?v=UdO6T1TIDzQ&feature

Поля солнечных батарей могли бы дать миру колоссальное количество электричества. Вопрос в том, как сделать такие сооружения экономически оправданными. Свой ответ на него пытается дать экзотический «проект разведения солнечной энергетики в Сахаре» (Sahara Solar Breeder Project). Вместо того чтобы вести тысячи тонн солнечных панелей

январь • 2011

через моря, предлагается производить такие батареи на месте, на краю пустыни. Сырье же будет браться буквально под ногами. Ведь песок – богатейший источник кремнезема. Из него можно было бы извлекать кремний для солнечных батарей. Их следует выпускать здесь же. После того как мощность одного такого поля достигнет определенной величи-

техника, механизмы, электроника

ны, где-то неподалеку можно построить второй завод по переработке песка и выпуску солнечных панелей. Ведь сам этот процесс требует немало энергии: ее и дадут первые батареи. Второй завод, выпустив достаточно солнечных ячеек, позволит поставить поодаль третий завод по переработке песка... Так солнечные электростанции начнут «размножаться» по экспоненте. Причем на работу заводов будет уходить небольшая доля общей мощности солнечных электростанций. Полученную энергию надо будет переправлять крупным потребителям – в Европу, а может, и дальше. Тут, полагают японцы, не обойтись без кабелей из высокотемпературных сверхпроводников. Их следует охлаждать жидким азотом, а проходить они будут под землей, для минимизации перепадов температуры грунта. Лидер данного проекта, профессор Хидеоми Коинума (Hideomi Koinuma) из Токийского университета (University of Tokyo), впервые представил свой план в 2009 году. Тогда это была только мечта. Но теперь сделаны первые скромные шаги к ее воплощению. Дело сдвинулось с мертвой точки стараниями двух японских агентств – по наукам и технологиям (JST) и по международному сотрудничеству (JICA). Под их эгидой ныне усилия намерены объединить специалисты из

Основной принцип «солнечного размножителя» прост: солнечные батареи за счет вырабатываемой энергии должны обеспечить основу для дальнейшей своей экспансии.

шести японских университетов и институтов, а также алжирского научно-технологического университета Орана (USTO). Проект, предусматривающий создание в Африке исследовательского центра по солнечной энергии (Sahara Solar Energy Research Center – SSERC), весной 2010 года был отобран JST для дальнейшего продвижения. Рассчитан SSERC на пять лет, и его цель – разработка и испытание технологий, необходимых для того, чтобы Solar Breeder мог стать реальностью. Прежде всего речь идет об извлечении кремния из песка, причем с достаточно высокой чистотой продукта, чтобы из него можно было создавать солнечные панели. Такой технологии пока нет. Но авторы плана надеются соорудить опытную установку по переработке песка, способную выдавать тонну чистого кремния в год. Кроме того, в 2011 году ученые намерены построить в

Сахаре одну «свою» солнечную установку мощностью всего 100 киловатт. Она сыграет роль закладного камня и полигона. Специалисты намерены узнать, как на этой батарее скажется работа в жестких условиях, как на нее повлияют песчаные бури. Со сверхпроводящими кабелями тоже не все еще ясно. Нужная технология, причем промышленная, уже существует. Но нужно выяснить, как наилучшим образом прокладывать такие кабели в пустыне, да еще на столь огромные расстояния, каковы окажутся затраты на работу охлаждающего оборудования... В общем, перед нами лишь исследовательский проект. Никто еще не может сказать – стартует ли когда-нибудь «саморазмножение» электростанций в Сахаре. Но если план сработает, к 2050 году та самая первая 100-киловаттная батарея «размножится» до полей производительностью 100 гигаватт. Это 2011 • январь

дело техники солидная величина – порядка 3% от установленной мощности электростанций всего мира. А что будет дальше, можно только фантазировать. По степени воздействия на человечество Коинума сравнивает «засеивание Сахары» солнечными панелями с высадкой астронавтов на Луне, потому дал своему проекту еще одно название – Super Apollo. Первое слово – это не просто обозначение превосходной степени, но и намек на использование сверхпроводников, а второе – отсыл к знаменитой космической программе американцев и имя бога Солнца. Конечно, в идее Хидеоми еще много белых пятен. Экономику цикла еще предстоит оценить в деталях. И тут умельцам из Страны восходящего солнца есть на кого ориентироваться. Похожий замысел лелеет организация Desertec Foundation и целый конгломерат немецких компаний. Они собираются к 2020-2025 году выстроить в Сахаре комплекс солнечных электростанций на все те же 100 гигаватт. План немцев куда более приземленный: тут нет экспоненциального «размножения» заводов солнечных батарей, самих батарей тоже нет, а вместо них предполагается использовать термальные электростанции с зеркалами-концентраторами. И линии электропередачи для переброски энергии в Европу планируются классические. 38

январь • 2011

План японцев в общих чертах. Местные энергия и материалы не только позволят производить все больше солнечных панелей, но и опреснять воду, необходимую для отвоевания территории у пустыни.

Тем не менее стоимость проекта Desertec Foundation оценена в сотни миллиардов евро. Интересно посмотреть – сумеют ли японцы с алжирцами сократить затраты со своей стратегией «разведения» электростанций. Проект SSERC имеет и еще одно важное назначение. Коинума рассчитывает, что «солнечный» центр в Алжире сыграет

роль катализатора развития местной науки и промышленности. В рамках проекта японцы собираются делиться своими знаниями и технологиями с подрастающим поколением африканских ученых и инженеров, которым, если все пойдет по плану, и предстоит превращать в быль японскую сказку о пустынной сети солнечных электростанций.

Крупнейшая в мире солнечная электростанция на основе фотоэлектрических панелей на данный момент – Finsterwalde Solar Park в Германии. Первая очередь этого солнечного парка была построена в 2009 году, а вторая и третья – в 2010-м. Пиковая мощность «парка» составляет 80,7 мегаватта.

дело техники

Светодиодная этикетка на новой бутылке сорокаградусной способна запоминать и показывать шесть разных сообщений по 255 знаков каждое. Их предлагает записывать на бутылках голландская водочная компания Medea.

техника, механизмы, электроника

Выпущена первая водка с программируемой LED-этикеткой

На экран новой бутылки можно выводить рекламу, личные поздравления, комплименты, тосты, стихи и шутки.

Подобно давнему и довольно таинственному концепту винной бутылки с экраном сосуд от Medea предлагает дегустаторам прочесть какое-нибудь полезное или не очень сообщение. Прелесть в том, что запрограммировать его может сам покупатель бутылки. По углам светодиодного экрана новинки расположены четыре кнопки, посредством которых можно занести в «во-

дочную память» до шести сообщений, последовательно выбирая буквы из проходящего списка. После программирования нажатие кнопки ON включает показ сообщения (бегущей строкой) на три минуты, после чего бутылка автоматически отключается для экономии встроенной батареи. А всего та способна обеспечить 40 часов непрерывного показа, или год в режиме ожидания. 2011 • январь

наука

природа, космос, общество

Светило порадовало ученых одной из самых сильных и ярких в рентгеновском диапазоне вспышек за несколько последних лет. Событие послужило поводом заговорить о потенциальной пользе развиваемого американским космическим агентством гигантского проекта по защите электрических сетей от крупных солнечных штормов.

Солнечная вспышка поддержала разработку щита для Земли

За вспышкой наблюдал недавно запущенный аппарат SDO.

В классификации солнечных вспышек (Solar flare classifications) имеются пять основных градаций по возрастающей, и каждая в десять раз больше предыдущей: A, B, C, M и X, а внутри них еще имеется уточнение – от 1 до 9. Вспышка 6 ноября 2010 года достигла

январь • 2011

класса M5.4 и создала волны ионизации в верхних слоях атмосферы Земли, которые изменили распространение радиоволн низкой частоты, – сообщает NASA. К счастью, группа солнечных пятен, выдавшая этот знаменательный всплеск, находи-

лась вблизи края диска, так что корональный выброс ушел в сторону от Земли. Но если высокая активность упомянутых пятен не спадет, нас могут ждать сюрпризы. Вследствие вращения Солнца 12–13 декабря данная область окажется близ центра солнечного диска. При таком расположении новая вспышка такой же силы и последующий выброс солнечного вещества вызовут на Земле как минимум мощные полярные сияния. Но последствия могут быть и серьезнее. NASA напоминает, что в 1859 году ряд телеграфных станций был охвачен пожарами. Они возникли от токов, наведенных сильнейшим магнитным штормом, в свою очередь вызванным вспышкой на Солнце и чудовищным корональным выбросом (Событие Кэррингтона).

1121.

Чтобы минимизировать ущерб от подобных катастроф, NASA разрабатывает проект «Солнечный щит» (Solar Shield). Он опирается на вычислительные мощности межагентского центра компьютерного моделирования (CCMC), расположенного в центре Годдарда (Goddard Space Flight Center). Цель предприятия – предсказание последствий солнечного шторма с точностью едва ли не до «единичного трансформатора». Теоретически работает Solar Shield так. Вспышка и выброс фиксируются спутником SOHO и аппаратами-близнецами STEREO. Тут же составляется трехмерная модель потока заряженных частиц, позволяющая предсказать, когда он достигнет Земли (а это происходит обычно через 24-48 часов).

Выдающаяся вспышка (показан момент выброса плазмы) была сгенерирована активной группой пятен под номером

За 30-60 минут до удара по нашей планете плазма минует спутник ACE, висящий в точке Лагранжа между Солнцем и Землей. Данные с ACE позволяют уточнить скорость и плотность облака. CCMC практически сразу предсказывает силу полей и токов в верхних слоях атмосферы Земли и распространение их на земле (так называемые наведенные геомагнитные токи). Эта информация может быть оперативно передана энергосетям, чтобы в самый пик шторма были отключены наиболее уязвимые узлы или прекращены опасные для людей ремонтные работы. Ложные тревоги такого рода могут дорого обойтись компаниям, но и цена аварии не меньше. Так что точность прогноза тут обладает огромным значением. Официальный старт проекту, фактически – декларация самой идеи, был дан в 2007 году. Далее ученые составляли план «реакции на атаку», собирали идеи и технологии, которые могли быть включены в щит, испытывали отдельные его компоненты, в частности, прогоняли через компьютер модели солнечно-земных связей. В 2008 году в сыром и упрощенном виде экспериментальная «машина предсказаний» уже работала и была проверена на ряде событий. А в апреле 2011 • январь

наука 2010-го команда составила для NASA финальный отчет о работе – только теперь проект обрел более или менее окончательный вид. Так что пока «Солнечный щит» как полностью готовый к употреблению конечными пользователями продукт не существует. Можно сказать, что он работает в тестовом режиме, а его создатели только набирают опыт для уточнения компьютерных программ. Тем временем некоторые компании уже разместили в своих энергосетях датчики, фиксирующие последствия солнечных штормов для силового оборудования. Эти данные поА здесь вызвавшая небольшой переполох группа 1121 показана в ультрафиолете за день до события. Снимок со спутника SOHO.

Солнечные вспышки в самых тяжелых случаях могут повреждать электрические трансформаторы. Крупные сбои в энергосетях США, Европы и Канады по этой причине происходили в XX веке и начале века нынешнего. На снимке – вспышка и выброс 8 сентября 2010 года.

январь • 2011

ступают в проект Solar Shield для проверки корректности прогнозов. Беда в том, что пока Солнце не очень активно и действительно ярких вспышек мало. Может, дальше все изменится и ученые наберут в свой портфель немало «образчиков» солнечных вспышек. Но вот что интересно. Насчет уровня активности Солнца в наступившем и последующем циклах имеется любопытное предсказание: солнечные пятна могут вовсе пропасть, а светило на много лет превратится в паиньку.

наука

В поиске быстрой и высокоплотной компьютерной памяти ученые все усложняют и усложняют схемы. Между тем, оказывается, есть решение более простое. Нужно было только пристально посмотреть на эффект, на который раньше внимания не обращали. Именно так недавно в США создали прототип «памятного» чипа, обладающий сразу несколькими достоинствами.

природа, космос, общество

Память из кремния превратила дефект в полезное свойство

Новое исследование относится к молекулярной электронике, которая изучает возможность применения деталей молекулярного размера в качестве составляющих логических схем.

Энергонезависимость, хорошая выносливость, скоростное переключение состояния (быстрее 100 наносекунд), высокая стойкость к радиации и готовность перей ти на техпроцесс «меньше 10 нанометров» – лишь некоторые из преимуществ новой памяти. Кажется, для создания такого шедевра физикам, химикам и электронщикам

пришлось задействовать кучу оригинальных технологий и самые редкие химические элементы. На деле все было иначе: и техника несложная (она совместима с серийной технологией производства микросхем), и материал самый распространенный – кремний и его оксид. И больше тут не нужно практически ничего. 2011 • январь

наука Своего рода предыстория к этому удивительному открытию произошла год назад. Тогда в лаборатории профессора Джеймса Тура (James Tour) из университета Райса в Техасе (Rice University) была создана ячейка компьютерной памяти из графита. Ее основой служил углеродный лист 10нанометровой ширины и толщиной в 10 атомов, который под действием тока мог многократно разрываться и обратно срастаться, отражая тем самым запись единички или нуля. В 2009 году ученые так и не выяснили, каков механизм такой перестройки практически атомарного уровня, лишь выдвигали предположения. Теперь же аспирант Тура Цзюнь Яо (Jun Yao) серьезно продвинул вперед понимание процес-

Схема формирования кремниевой нити между контактами и снимок такой структуры под микроскопом. Зеленым показаны углеродные нанотрубки, которые в одной из версий ячейки ученые применили для локализации места превращения кремния.

са, распространив саму идею на другие материалы. Там, где окружающие успокоились, Яо начал упорно копать. Он решил заменить графит в такой памяти на какой-нибудь иной материал и посмотреть – что получится. Ни одно наугад взятое вещество по описанной выше схеме не работало. После долгого перебора Цзюнь зажал тонкий слой оксида кремния (изоля-

Тур (на снимке) и его университетские коллеги известны нашим читателям также по экспериментам с углеродными нанолентами и созданию серии наномобилей.

январь • 2011

тора) между полупроводниковыми листами из поликристаллического кремния, который послужил верхним и нижним электродами ячейки. К удивлению экспериментатора, приложение напряжения к электродам вызвало преобразование оксида. В самой его толще поле «освободило» несколько атомов кислорода, а получившийся чистый кремний сформировал проводящий столбик из наноразмерного кристалла. К работе над проектом подключилось еще несколько человек из лаборатории и разных факультетов университета Райса. Как они выяснили, меняя уровень напряжения, состояние такой ячейки (проводник или изолятор) можно или аккуратно считывать, или менять. Нужный уровень тока, в частности, вызывал эффект обращения: проводящий мостик разрушался, снова становясь оксидом. Очень важно, что такое превращение новая ячейка готова претерпевать огромное

природа, космос, общество

В новом чипе сетка 32 на 32 пересекающихся кремниевых провода формирует 1024 ячейки памяти. Сердце каждой – наноразмерный мостик из кремния, который по мере необходимости образуется или разрушается, тем самым записывая и стирая двоичные единички и нули. «Прелесть схемы заключается в ее простоте», – радуется Тур.

число раз без видимой деградации. (Детали эксперимента раскрывает пресс-релиз университета и статья авторов опыта в Nano Letters.) Диаметр кристаллической дорожки оказался равен 5 нанометрам. Поскольку подводящие контакты тут очень просты, это означает, что память такого типа можно будет выпускать с характерным размером элементов в 10 нанометров или даже меньше. Между тем эксперты считают, что традиционной флэш-памяти будет очень трудно взять барьер в 20 нм. И в то время как в обычной флэш-памяти для манипуляций с отдельной ячейкой (запись, считывание, стирание бита) требуются три контакта (управляющий затвор, сток,

исток), кремниевая память из Техаса обходится двумя, что должно упростить схему. Дизайн ячейки также должен облегчить формирование из подобных «перекрестков» многослойного пирога. А выход микросхем в 3D, как давно говорят специалисты, является одним из путей наращивания производительности и емкости чипов, плотности размещения их элементов. Американская компания PrivaTran, специализирующаяся на микроэлектронике, в сотрудничестве с учеными из университета Райса построила по новой технологии опытный килобитный чип памяти и успешно испытала его. Ранее от ряда заказчиков, в частности военных, компа-

ния получила средства на создание высокоплотной памяти, так что изобретение Яо и его коллег пришлось как нельзя кстати. Теперь PrivaTran намерена распространить эту технологию и на другие виды схем. Кремниевый чип на переключаемых резистивных элементах стал одним из впечатляющих опытов молекулярной электроники, стремящейся вывести вычислительную технику буквально на новые масштабы. Любопытно, однако, что на пути создания этой оригинальной схемы могло стать недоверие самих райсовцев. По словам Тура, когда Яо описал открытый эффект коллегам по лаборатории, они просто не поверили ему. Яо пришлось убеждать соратников, что за переменой проводимости ячейки стоит более замысловатый процесс, нежели кажется на первый взгляд. Джеймс говорит: «Другие люди, увидев такое, сказали бы разочарованно – ой, у нас тут произошел пробой оксида кремния. И просто выкинули бы чип. И только Цзюнь догадался, что речь идет не о пробое, а о превращении микроскопической толики оксида внутри пластины в чистый кремний. Таким образом, эффект сидел и ждал, чтобы его использовали», – заключает исследователь. 2011 • январь

сетевое дело техники окружение

интернет и связь в Украине и в мире

В связи с голограммами наметились некие подвижки

Американцы утверждают, что осуществили прямую трансляцию подвижных голографических изображений, то есть широко шагнули в то самое будущее, где трехмерная проекция человека на равных общается с живыми людьми. Ученые говорят, что успех им принесла технология, принципиально отличная от известных 3D-дисплеев, и деловито рассуждают о перспективах ее применения. Все это, впрочем, не мешает достигнутым результатам выглядеть более чем скромно.

В этой фигурке трудно распознать истребитель F-4 Phantom, однако разрешение и полный цвет – дело наживное. Главное, что сама технология передачи динамичных трехмерных изображений работает как задумано. http://www.youtube.com/watch?v=tC3vgfy5XI8&feature http://www.youtube.com/watch?v=kbk5_XEZ3DQ&feature

Голографическое телеприсутствие (holographic telepresence) – это голография с постоянной и быстрой перезаписью изображения в реальном времени. Прогресса в развитии этой технологии добились профессор Нассер Пейгамбарян (Nasser Peyghambarian) и его коллеги из университета Аризоны. Ученые действовали в

январь • 2011

кооперации со специалистами из Nitto Denko Technical (калифорнийского подразделения японской корпорации Nitto Denko). Новая система, по уверению ее авторов, способна на частоту обновления изображения в один кадр за две секунды. Правда, в представленных роликах зрителям предложено

Команда продемонстрировала, что голографическое телеприсутствие обеспечивает картинке свойство полного параллакса: объект можно рассмотреть одновременно с разных сторон, и каждый зритель видит свою сторону предмета (или человека). Все это, разумеется, без всяких очков и систем отслеживания положения глаз зрителей.

рассматривать с разных точек зрения статичные кадры. Может показаться, что невелика разница. Будь там хотя бы и серия кадров (по одному в пару секунд) – это все равно смехотворно мало, ведь для нормальной видеоконференции нужны 30 кадров в секунду. Однако, чтобы оценить новое достижение в полной мере, нужно знать предысторию. Нынешние объемные дисплеи – неважно, автостереоскопические или требующие специальные очки – выдают вполне реалистичное 3D-

изображение заранее отснятых предметов, будь то трехмер-

ные фильмы, графика из игр и так далее. Но при этом зритель, сместившись относительно центра экрана правее или левее хоть на 60-80 градусов, все равно не сможет увидеть ухо смотрящего точно на него персонажа – просто потому, что с этой стороны объект не был записан. Иное дело голограммы. Специальные пластинки, сохраняющие интерференционную картину, при правильном освещении воспроизводят верный поток лучей «от предмета» – с какой стороны на такой снимок ни посмотри. Так создается иллюзия трехмерной копии вещицы в фотографической рамке. До голографического дисплея отсюда один логичный шаг: нужно сделать так, чтобы голограмму на пластине можно было быстро стирать и перезаписывать в реальном времени, да еще по сигналу, передаваемому извне. Такой переход, од-

Одно из преимуществ новинки – изображение записывается с одной стороны пластины, а просматривать его можно с другой. Стало быть, лазерную установку можно скрыть так, что несколько зрителей, расположившись вокруг экрана, будут видеть лишь иллюзорный трехмерный объект. Кстати, хотя в прототипе изображение монохромное, ученые уже экспериментируют с пластинами, которые позволят передавать по каналам связи и цветные голограммы. 2011 • январь

сетевое окружение нако, оказался технически не менее сложным вызовом, чем изобретение голографии самой по себе. Для постоянной перезаписи нужны были материалы, быстро перестраивающие свою структуру в ответ на воздействие лазера. Подобрать их оказалось непросто. К примеру, в Массачусетском технологическом институте (MIT) систему с подвижными голограммами построили еще в 1989 году. Увы, изображение в ней занимало объем всего 25 кубических миллиметров. Это было бесконечно далеко от практического применения, а попытки нарастить размер дисплея пресекались ухудшением качества картинки и ростом сложности оптики, что ввергло сторонников голографических видеосистем в отчаяние. Основание для оптимизма появилось в 2007 году, когда Nitto Denko Technical при участии Нассера и ряда его коллег создала полимер, способный играть роль голографической фотопластинки многократного действия. Размер чувствительного материала достигал 10х10 сантиметров. При этом максимальный темп перезаписи изображения на такой пластине составлял один кадр за тричетыре минуты. Ныне та технология существенно усовершенствована. Со слов одного из ее авторов 48

январь • 2011

Образец многократно перезаписываемой голограммы 2007 года. Частота обновления раз в несколько минут не позволяет считать ее подвижной.

Пьера-Александра Бланша (Pierre-Alexandre Blanche), экран из нового фоторефрактивного материала способен обновлять голограмму каждые две секунды, что «делает его первым, который можно описать как систему с отображением в квазиреальном времени». Начинается все с 16 камер, полукругом стоящих вокруг объекта. Они снимают его с разных сторон. Компьютер проводит обработку данных и передает информацию, необходимую для создания голограммы, через цифровой канал в другую комнату (город, страну). Там в дело вступает кодирующий импульсный лазер, вспыхивающий с частотой 50 герц при длине одного импульса в наносекунду. Его свет складывается с волнами от опорного лазера, а интерференционная картина запечатлевается на по-

верхности дисплея. При этом каждая вспышка лазера записывает один хогель, или гогель (hogel – сокращение от holographic pixel, голографический пиксель). Происходит запись так. Полимерный композит сложного состава в новом экране зажат между двумя прозрачными электродами. Когда свет от лазеров попадает на молекулы сенсибилизатора в составе композита, они создают разделение зарядов. Полимер, подобранный учеными, намного лучше проводит положительные заряды, чем отрицательные, так что первые уходят прочь от места возникновения. В свою очередь разделение зарядов создает электрическое поле, которое меняет ориентацию красного, зеленого и синего пигментов в составе ком-

интернет и связь в Украине и в мире

Упрощенный принцип записи голограммы: опорный луч (вверху) и объектный луч (внизу) через систему линз проецируются на фоточувствительный материал (оранжевая полоса), в котором волны смешиваются, а картина их интерференции записывается. Освещение такой пластины опорным лучом позволяет восстановить трехмерную картину, которую нес луч объектный. Внизу: съемка модели замка с новой системой.

позита. Теперь, когда хогель освещается внешним светом от светодиодов, он создает нужную точку в общей голограмме. А через пару секунд новая вспышка наносекундного лазера меняет хогель в соответствии со следующим кадром видео. В качестве теста системы ее авторы устроили видеоконференцию, в ходе которой голографическое изображение сотрудника Nitto Denko передавалось из Калифорнии в Аризону.

Поперечник экрана в нынешней установке составляет 10 дюймов (25,4 см), но авторы технологии уже тестируют большие пластины (вплоть до 17 дюймов). Скорость обновления изображения тоже может быть увеличена: для этого нужно модифицировать красители в полимере, чтобы они меняли свое состояние быстрее, а также перейти к лазерам, выдающим более короткие импульсы с большей частотой.

Системы трехмерной видео связи, игры и реклама – далеко не все направления, в которых пригодятся подвижные голограммы. К примеру, они очень понравятся медикам. Вокруг голографического пациента, лежащего на столедисплее, можно будет собирать консилиумы, в которых будут перемешаны участники, присутствующие живьем и находящиеся в других городах, хирурги смогут принимать дистанционное участие в операциях. Еще благодаря голограммам инженеры получат возможность с безопасного расстояния следить за ходом процессов на опасных производствах… Таковы перспективы новой системы, если ученым удастся нарастить размер, разрешение изображения и частоту кадров.

«Голографическое телеприсутствие означает, что мы можем записывать трехмерные изображения в одном месте и воспроизводить их в любой точке мира в реальном времени», – говорит Нассер Пейгамбарян. До сих пор голографическая запись могла похвастать хорошим разрешением и глубиной изображений, но не динамикой. 2011 • январь

секрет фирмы

бизнес, люди и деньги

Процесс питья у кошек оказался куда сложнее, чем представлялось. Чтобы узнать, как жидкость попадает кошкам в пасть и почему удивительные создания развили именно такой механизм, биологи и инженеры провели эксперимент. Он показал, что элегантный механизм лакания у кошек использует тонкий баланс двух физических сил.

Скоростная съемка раскрыла секрет кошачьего лакания

При лакании кошка создает намного меньше брызг, чем собака. И это не случайно – механика процесса совсем разная.

Чтобы выяснить, как кошки лакают, профессор Массачусетского технологического института (MIT) Гарольд Эдгертон (Harold Edgerton) использовал стробоскопическую съемку еще в 1940 году. Тогда стало известно, что кончик своего языка животные загибают не вперед, что кажется логичным, а назад, так что первой в жидкость попадает верхняя часть языка. На

январь • 2011

этом вроде бы секрет лакания был раскрыт. Понадобилось еще полвека, чтобы понять – это не так. Теперь Роман Стокер (Roman Stocker) и его коллеги из MIT, политехнического института Вирджинии (Virginia Tech) и Принстона (Princeton University) показали: деликатные животные вовсе не пользуются языком как ложкой.

Более того, выясняется, что язык кошек практически не проникает ниже поверхности воды или молока, а только лишь

липает к поверхности языка. А поднимается он очень быстро – за доли секунды. В результате часть воды или молока увлека-

Роман и его домашний кот по имени Cutta Cutta. Катта-Катта на языке аборигенов Австралии означает «звезды-звезды», – сообщает исследователь.

ется вверх. Между языком и поверхностью жидкости в миске формируется столбик, непрерывно меняющий свою длину и толщину. В этом столбике борются две силы – инерции движущейся жидкости и тяжести. Этот хрупкий баланс постоянно меняется. Но кошка инстинктивно знает, в какой момент он наиболее точен: животное быстро закрывает рот, когда колонна жидкости имеет наибольший размер, при этом верхнюю часть вкусного

слегка касается ее. Эта тактика радикально отличается от лакания у собак, которые черпают жидкость, делая из языка подобие ложки. На это занятное исследование Стокера подтолкнуло наблюдение за собственным котом. Вместе со своим коллегой Педро Рейсом (Pedro Reis) Роман часами просиживал перед миской Катта-Катта, ожидая, когда тот соизволит попить. Наготове стояла высокоскоростная камера. Снятые ею кадры и послужили опорой для дальнейшей работы. На представленном видео Катта-Катта лакает с замедлением в 12 раз. http://www.youtube.com/ watch?v=NTCxZWYlWC0&feature

Таким образом удалось узнать главный секрет лакания. Когда кончик языка дотрагивается до жидкости, некоторая ее часть в силу адгезии при-

Удивительная сноровка кошачьих, разумеется, выработалась в ходе эволюции. Если кошка поторопится закрыть рот, ей достанется меньше жидкости, а если чуть-чуть промедлит – молоко и вовсе упадет обратно в миску и челюсти сомкнутся вокруг пустого места. 2011 • январь

секрет фирмы столбика мурка словно откусывает. В следующем ролике заснято лакание Катта-Катта с замедлением в 67 раз. http://www.youtube.com/ watch?v=BlhaGk0i4Q8&feature

поднимающийся обратно. В видеоролике движение этого аппарата показано с замедлением в 100 раз. http://www.youtube.com/ watch?v=2iqSRgSwj2E&feature

Опираясь на данные съемок, авторы работы составили математическую модель лакания. А чтобы обобщить ее на всех кошек, ученые нашли на YouTube записи, на которых были запечатлены лакающие тигры, львы, леопарды, ягуары, гепарды и рыси.

Катта-Катта заодно помог исследователям обнаружить, что крошечные волоски на языке, которые, как когда-то предполагалось, помогают кошкам захватывать жидкость, не участвуют в процессе.

http://www.youtube.com/ watch?v=Ny6AxgjDp3U&feature

http://www.youtube.com/watch?v=2yO0757Awk&feature

Внимательно рассмотрев кадры, биологи пришли к выводу, что большие кошки лакают точно так же, как домашние Felis catus. Разница только в частоте движений: домашняя кошка лакает около четырех раз в секунду, а большие представители семейства кошачьих – несколько реже. И это согласуется с моделью: больше язык, больше объем воды, меньше скорость, при которой в столбе жидкости достигается баланс между инерцией и земным притяжением. Для того чтобы уточнить тонкие детали процесса, ученые даже построили робототехнический заменитель языка кошки, с большой скоростью дотрагивающийся до воды и 52

январь • 2011

Результат труда, начатого три года назад, ныне оформлен в виде статьи в Science. Основываясь на выведенных уравнениях, авторы научились предсказывать частоту лакания в зависимости от массы тела. Измерения фактической частоты по съемкам показали, что модель верна. Значит, принцип питья оказался неизменен для кошек всех размеров. Стокер подчеркивает, что модель лакания появилась в результате наблюдения за повседневными вещами. «Наука позволяет нам взглянуть на природные процессы другими глазами и понять, как все это работает, даже если это всего лишь выяснение того, как мой кот поглощает свой завтрак, – рассказывает Роман в прессрелизе MIT. – Этот проект был

для меня кульминацией командной работы и творчества. Мы осуществили его без какоголибо финансирования, без аспирантов, без особо сложных аппаратов». Остается сказать, почему коты пришли к такому странному способу поглощения жидкости. Точно это неизвестно. Однако у Романа и его коллег имеется предположение: все дело в некоторой нелюбви кошек к воде и их природному стремлению к чистоте. Кошачий способ лакания намного аккуратнее собачьего. Он позволяет в большей степени сохранить сухими чувствительные области вокруг носа и великолепные усы (вибриссы), помогающие хищнику ориентироваться в темноте. «Я бы сказал, кошки больше знают о механике жидкостей, чем собаки», – с улыбкой резюмирует Стокер.

секрет фирмы В Канаде над водителями решено провести неоднозначный эксперимент. Чтобы они не превышали скорость и были за рулем бдительнее, в ход будет пущена «оптическая иллюзия». Да не какаянибудь, а эксплуатирующая образ маленьких детей. Инициатива уже вызвала бурную реакцию у водителей со всего мира. По мнению критиков, вместо повышения безопасности дорожного движения опыт может дать прямо противоположный результат.

http://www.youtube.com/watch?v=8r26AwT7PTM&feature

С 7 сентября в течение недели на проезжую часть 22-й улицы в Западном Ванкувере проецировалось 3D-изображение гоняющейся за розовым мячом девочки. Суть акции разъяснил изданию The Globe and Mail Дэвид Данн (David Dunne) из фонда безопасности дорожного движения автомобильной ассоциации Британской Колумбии (TSFBCAA), организовавшего эксперимент. «Находясь за рулем, мы должны быть готовы к любым неожиданностям, будь то 3D-

бизнес, люди и деньги

Водителейлихачей будет воспитывать девочка с мячом

Прогресс налицо. На смену картонным детям прибежали виртуальные. Кстати, проекционное оборудование для эксперимента обошлось в $15 тысяч.

изображение девочки на дороге, живой ребенок или выскочившая из подворотни собака. Мы обязаны все держать под контролем, – объяснил Данн. – Что касается непосредственно опыта, то 3D-проекция будет наиболее хорошо заметна водителям с расстояния в 30 метров. Они увидят, что изображение начало движение от тротуара, и это будет выглядеть, будто ребенок переходит улицу. По мере приближения к проекции она станет отступать обратно на тротуар». 2011 • январь

секрет фирмы Инициаторы эксперимента, увы, не вдаются в техническую сторону вопроса, хотя узнать механизм проецирования такого видео на открытом воздухе было бы весьма интересно. Зато организаторы говорят, почему пошли на такие экстравагантные меры. Прибегнуть к «иллюзиям» им пришлось потому, что традиционные способы, в основном действующие на периферии водительского зрения, не эффективны. Между тем лихачей, к тому же болтающих за рулем по телефонам, в начале учебного года необходимо каким-то образом приструнить. По словам представителей TSFBCAA, перед въездом на «экспериментальную» улицу водителей будут предупреждать о проведении опыта специальными знаками, так что соблюдающие установленный там «околошкольный» скоростной режим в 30 км/ч не испытают с «обманом зрения» никаких проблем. Тогда как полиция Западного Ванкувера выразила всестоПроезжие части вблизи школ в Канаде признаны самыми опасными для пешеходов 5-14 лет, которые нередко переходят дорогу в наушниках, уткнувшись в дисплеи телефонов. Превышение скоростного лимита для школьных зон карается, помимо штрафных очков, впечатляющими денежными наказаниями: 31-50 км/ч – $196, 51-70 км/ч – $253, 7190 км/ч – $368, свыше 90 км/ч – $483.

январь • 2011

Благодаря сервисам Гугла мы можем посмотреть на место, где, по всей видимости, будет проведен данный эксперимент. На 22nd Street школа всего одна – начальная имени Паулины Джонсон (Ecole Pauline Johnson Elementary School). Поскольку речь идет о замедлении именно напротив учебных заведений, проекция девочки появится где-то здесь.

роннее одобрение намеченной акции, прознавшие об эксперименте пользователи Интернета из других стран обрушились на идею с резкой критикой. Основной аргумент против звучит так: поскольку 3Dпроекция заметна всего лишь с 30 метров, реакцию водителя на появление иллюзии иначе как панической не назовешь. Своими действиями в таком неадекватном состоянии он вполне может погубить когонибудь настоящего и живого. А о ничего не ведающем водителе автомобиля, движущегося

за «очарованной иллюзией» машиной, и говорить нечего. Как и о несчастном дедушке, которого от такого 3D наверняка хватит инфаркт. Противники инициативы также выражают опасения, что водители привыкнут к 3Dпроекциям и станут их хладнокровно давить, подчас путая с реальными пешеходами. Словом, вместо того чтобы кричать «Волки! Волки!» и создавать новые проблемы, скептики предлагают канадцам просто установить на указанной улице парочку «лежачих полицейских».

Эта удивительная работа в области движения искусственных спутников уходит корнями в 1984 год. Тогда один исследователь на кончике пера вывел странный класс орбит, оставляющих с носом классическую небесную механику. В то время над новатором посмеялись, но ныне, уже после смерти ученого, его последователи показали, кто на деле будет смеяться последним.

техника, механизмы, электроника эврика изобретения, открытия, гипотезы

Неестественные орбиты спутников обходят стороной законы Кеплера

Упрощенная схема спутника на смещенной орбите. as, asep и ag обозначают ускорения от солнечного паруса, солнечного электроракетного двигателя и земной гравитации.

Поскольку геостационарная орбита заполнена довольно плотно, а возможное число точек стояния на ней ограничено (спутники нельзя подводить сколь угодно близко друг к другу), открытие альтернативных орбит, обладающих свойствами геостационарной, может придать

космической отрасли настоящий скачок. Более четверти века назад американский физик Роберт Форвард (Robert L. Forward) заявил, что при помощи небольшой, но зато постоянной тяги, например от солнечного паруса, космический аппарат можно поместить на некепле2011 • январь

эврика ровую орбиту (NKO), или так называемую левитирующую смещенную орбиту (levitated displaced orbit). Ее плоскость

Геостационарная орбита удобна тем, что спутник на ней вращается с той же угловой скоростью, что и Земля, – аппарат остается над одной и той же точкой земной поверхности.

не проходит через центр масс Земли, а параметры не определяются только лишь силой притяжения. В частности, левитирующие смещенные орбиты могут проходить параллельно плоскости экватора, но на 10-50 километров выше или ниже геостационарной орбиты, считая направление вдоль земной оси, к северу либо югу. В 1980-х большинство ученых посчитали, что подобные орбиты – совершенно невозможны в силу целого ряда проблем с динамической стабильностью объекта. И вот теперь аспирант Шахид Баиг (Shahid Baig) и профессор Колин Макиннес (Colin McInnes), глава лабора56

январь • 2011

Британские ученые посчитали оптимальные траектории вывода спутников на орбиты типа NKO. Разнообразные их виды, кстати, могут оказаться очень полезными для развертывания космических электростанций. Еще NKO пригодятся, к примеру, для создания ретрансляторов, помогающих получать сигналы от спутников, работающих около других планет, в те моменты, когда такая планета и Земля оказываются точно по разные стороны от Солнца и передача прерывается.

тории передовых космических концепций университета Стратклайда (Advanced Space Concepts Laboratory), с помощью тонких расчетов доказали – Форвард все же был прав! Ученые разработали целое семейство орбит

типа NKO, показав, что находящийся выше или ниже фиксированной точки на геостационаре спутник с солнечным парусом будет совершать сложное нелинейное движение. Но хотя его траектория окажется отлична от идеальной окруж-

Орбита, протянувшаяся параллельно относительно плоскости геостационара, все равно может остаться по сути «геостационарной», то есть спутник будет виден в конкретной местности все время в одной точке небосвода.

Наличие тяги от давления света доказывает изменение скорости, определенное с высокой точностью. Это фактически первая реально состоявшаяся проверка идеи солнечного паруса в истории.

ности, вокруг планеты он будет обращаться аккурат за 24 часа, что и требуется для связи. Стабильное движение спутника по NKO можно обеспечить одним парусом, маломощной, но эффективной электроракетной системой или сочетанием обоих устройств. До недавнего времени интерес к таким вычислениям был не слишком большой, поскольку та же технология солнечных парусов находилась в зачаточном состоянии. Однако в начале июля 2010 года произошло довольно знаменательное событие: Японское космическое агентство объявило, что высокоточное слежение за парусником IKAROS позволило подтвердить наличие у него ускорения от давления солнечного света. Тяга от паруса оказалась равна 1,12 миллиньютона, и она близка к расчетной.

скости, не проходящей через центр нашей звезды! А за счет этого он может неподвижно висеть высоко над одним из полюсов Земли, что обеспечило бы такому аппарату новые возможности для связи или мониторинга климата. Этими так называемыми полярно-стационарными орбитами группа ученых из уни-

Орбита статита похожа на земную околосолнечную «тропинку», но сдвинута вверх (или вниз) параллельно плоскости эклиптики.

Аномальные орбиты NKO можно построить и вокруг других планет, и вокруг самого Солнца. В частности, солнечный парус теоретически позволяет создать статит (Statite), изобретенный опять же Форвардом. Такой спутник обращается вокруг Солнца по кругу, на расстоянии одной астрономической единицы и ровно за год, но только в пло-

верситета Стратклайда тоже занялась плотно, рассчитывая существенно развить свое искусство определения наилучших параметров NKO, а также законов управления ориентацией солнечного паруса. Ведь он должен обеспечивать стабильность таких орбит, с точки зрения небесной механики – «неестественных аномалий». 2011 • январь

эврика

изобретения, открытия, гипотезы

Нейрон Монро приблизил эру чтения снов

Нейроны, отвечающие за «концепцию» Мэрилин Монро, боролись в голове человека с нейронами, привязанными к понятию «Майкл Джексон». Результат соперничества ученые выводили на экран.

Человек способен усилием воли регулировать активность конкретного нейрона в коре своего мозга. Это открытие американских исследователей не только проливает свет на тонкости работы мозга, но и дает надежду на появление техники, способной визуализировать сны людей, видения психически больных или мысли парализованных.

http://www.youtube.com/watch?v=bqkUbiUkR5k&feature

Нынешний эксперимент корнями уходит в 2005 год. Тогда невролог Кристоф Кох (Christof Koch) из Калифорнийского технологического института (Caltech) и профессор нейрохирургии Ицхак Фрид (Itzhak Fried) из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) установили, что признанием той или иной знаменитости в мозге заведуют отдельные клетки.

январь • 2011

Тот опыт оказался серьезным подкреплением теории о «клетке бабушки» (Grandmother cell). Она гласит: в мозге есть единичные нейроны, ответственные за реакцию человека на абстрактные понятия, конкретные достопримечательности, отдельных людей, в том числе и собственную бабушку, что дало название. Таким образом в языке исследователей появились «ней-

рон Холли Берри», «нейрон Эйфелевой башни» и так далее. При этом данные нейроны активировались не только при воздействии соответствующего визуального стимула, но и

ющейся декодированием информации. Зато нахождение таких нейронов проложило дорогу к новому опыту, давшему куда больше пищи для размышлений. Теперь Кох, Фрид, выпускник калифорнийского технологического Моран Серф (Moran Cerf) и ряд их коллег воспользовались любезностью двенадцати больных эпилепсией. Чтобы найти в их мозге источники припадков, медики имплантировали па-

циентам набор электродов в медиальную височную долю, связанную с памятью и эмоциями. Ученые решили выяснить, как работают клетки в этом регионе при просмотре различных изображений. Сначала экспериментаторы опросили добровольцев, выявив их интересы. Далее исследователи составили для каждого набор из 100 изображений, на которые человек реагировал наиболее отчетливо. Показывая картинки

Записывая, какие нейроны включаются при обдумывании тех или иных понятий, можно потом попробовать восстанавливать мысленные образы (картинки и слова), фиксируя нейронную активность в «правильных» участках коры. Впрочем, несмотря на целый ряд весьма впечатляющих опытов такого плана, до полновесного чтения любых мыслей ученым еще далеко.

при произнесении вслух имени/названия объектов и в том случае, если испытуемый сам думал о них. Открытие «нейронов бабушки» не сильно помогло в понимании механизмов узнавания. Ряд ученых все равно склоняются к мысли, что эти клетки являются лишь ключевым звеном в большой нейронной цепочке, занима-

Схема опыта. Всего пациентам были имплантированы 64 электрода, но авторы эксперимента сосредоточивали внимание на четырех каналах, соответствующих четырем знаменитостям. Регистрируя частоту всплесков активности в этих «нейронах бабушки», электроника давала команду на проявление того или иного изображения на экране. 2011 • январь

эврика подопытным, ученые искали корреляцию между ними и сильным откликом единичных нейронов. Из каждой сотни нашлось примерно с десяток явных совпадений, то есть десять «нейронов бабушки». Далее исследователи работали всего с четырьмя из них. В следующей фазе опыта добровольцев просили думать о конкретных снимках, например Мэрилин Монро, а активацию «нейрона Монро» переводили в движение курсора на экране. Так человек получал обратную связь и учился произвольно усиливать мысли о выбранном объекте. Кстати, строго говоря, каждый нейрон, связанный с тем или иным объектом, являлся представителем целой группы клеток, откликающихся на конкретный стимул. Просто ученые упростили задачу, рассуждая о единичных нейронах. После первой тренировки условия опыта усложнили. Когда доброволец, сидя перед пустым экраном, начинал думать о Монро, компьютер выводил на дисплей ее снимок, но тут же микшировал с отвлекающим изображением, например Майкла Джексона. Игра начиналась с равновесной смеси двух полупрозрачных кадров. Задача испытуемого – усилием воли 60

январь • 2011

Произвольно управляя интенсивностью сигналов, выдаваемых «нейроном Монро», испытуемые учились проявлять ее изображение на экране, затушевывая соперничающий образ силой мысли.

сделать портрет Монро более ярким, а портрет Джексона – растворить. Испытуемые нашли свои собственные стратегии для выигрыша: некоторые просто думали о снимке, другие повторяли имя персонажа вслух или сосредоточивали взор на конкретной детали изображения. Во всех случаях успешными оказались 70% из 900 попыток. Даже в положении, когда конкурирующий кадр составлял уже 90% суммарного, люди оказались способны

отыграть все назад и проявить нужный портрет. Это открытие авторы опыта посчитали едва ли не самым ценным. Ведь наш мозг постоянно заполнен реакцией на самые разные стимулы – визуальные, тактильные, обонятельные. Мы думаем сразу о множестве вещей, но можем произвольно отбросить ненужное и сосредоточиться на каких-то одних мыслях. Как точно это происходит – до сих пор не вполне ясно. И вот теперь Серф рассказывает: «Представьте, что

целевое изображение – Билл Клинтон, а Джордж Буш – отвлекающее. Когда пациент проваливает опыт, изображение Буша доминирует. Пациент видит Буша, но должен думать о Клинтоне. Испытуемый выясняет, как управлять потоком информации, чтобы проявился нужный кадр, при этом изображение в его мозге оказывается сильнее, чем гибридное изображение на экране». «Часть мозга, которая хранит инструкцию «думай о Клинтоне», связывается с медиальной височной долей и возбуждает множество нейронов, «отвечающих за Клинтона». Одновременно она подавляет «нейроны Буша» и вместе с тем оставляет большинство клеток, представляющих другие понятия или людей, равнодушными», – объясняет Кох. От этого наблюдения логичный шаг к технике чтения мыслей. Правда, для него необходимо составить обширную библиотеку «нейронов бабушки» для каждого конкретного человека. Последнюю можно создать, регистрируя активность клеток при просмотре набора фильмов. Далее найденные закономерности можно проверить, записывая работу нейронов во время сна и сравнивая полученные картины с описанием сновидений добровольца.

После определения точек, реагирующих на портреты знаменитостей, ученые записывали их отклик в сложной задаче с конкурирующими снимками. Череда всплесков активности в соперничающих областях приводила к скачкам в прозрачности того или иного наложенного кадра, но в среднем испытуемые справлялись с заданием примерно за три-пять секунд – на экране оставалось только желаемое изображение. Разными цветами показаны графики восьми испытаний одного из добровольцев.

На пути к такой мечте встают трудности и чисто технического порядка – электроды необходимо имплантировать в мозг, ведь нам нужно фиксировать тонкую разницу в работе множества соседствующих нейронов. Но развитие технологии позволяет рассчитывать, что вскоре подобный мониторинг можно будет проделывать неинвазивным путем. Куда сложнее, впрочем, добиться хорошего соответствия составляемых компьютером образов и реальных видений. Тут пригодятся опыты по регистрации и расшифровке сигналов из зрительной

коры. В них ученые сначала набирали статистику в отклике нейронов на те или иные узоры, а потом по фиксируемым сигналам восстанавливали зрительные образы. И еще одна аналогия будет нелишней. У «нейронов бабушки» есть собратья – «нейроны места». Эти единичные клетки, как показали опыты на животных, активизируются при нахождении испытуемого в конкретном участке лабиринта. То есть после обучения задаче в мозге животных возникали «нейрон первого правого поворота», «нейрон дверки с крошкой хлеба» и «нейрон Т-образного перекрестка». 2011 • январь

эврика Что важно, при последующем воспоминании о лабиринте включаются те же самые нейроны, даже без реального прохождения коридоров. И это верно как для случая, когда подопытное животное стоит на развилке и прокручивает в голове дальнейший план действий, так и когда зверек спит и видит лабиринт во сне. Данные опыты показывают, что специфические клетки, увязанные с теми или иными понятиями, работают как в момент признания объектов на снимках, так и при простом воспоминании о предмете. А значит, библиотека нейронов может действительно дать ключ к расшифровке сновидений. Последнее, конечно, нужно не только для развлечения. Проникнуть в мысли психически больных пациентов, к примеру, – давняя мечта медиков. Да и другие приложения подобной технологии напрашиваются сами собой – более быстрые системы мысленного письма, более тонкие наборы для мысленного управления играми, роботами, инвалидным креслом. Это все будущее. Пока же стоит радоваться хотя бы тому, что благодаря опыту добавились подробности в сложную картину связи между мышлением и работой единичных нейронов. Кстати, 62

январь • 2011

опираясь на ряд экспериментов, ученые уже не один год твердят, что возможности одного нейрона ранее недо оценивались. Теперь же получается, что коллектив нейронов, отражающий волю субъекта, может произвольно влиять на рабо-

ту единственного нейрона и наоборот. «Так это мы управляем нашими нейронами или это нейроны управляют нами? – философски спрашивает сам себя Фрид. – Ответ может быть предельно редукционистским – мы и есть наши нейроны».

Подробности опыта Коха (на снимке) со товарищи раскрывают статья в Nature и пресс-релизы Caltech и UCLA, а также обстоятельный ролик в начале статьи.

Единичный фотон или маленькая их группа не балуют ученых информацией. Пока эти частицы приходят от объекта несметными толпами, мы вряд ли получим нечто большее, чем обычные фото или видео. Но стоит научиться выделять из потока света очень специфические фрагменты, как рождается новый тип съемки – из-за угла.

изобретения, открытия, гипотезы эврика изобретения, открытия, гипотезы

Скоростной лазер позволил камере провести съемку за углом

Самый главный секрет съемки за углом заключается в невероятной синхронизации быстротечных этапов процесса.

http://www.youtube.com/watch?v=9xjlck6W020&feature

Первое, что приходит на ум, когда речь заходит о съемке вещей, расположенных вне прямой видимости, – это зеркала. Но зеркал везде не понаставишь. Даже если в их качестве смогут выступить обычные предметы – стены домов или коридоров, двери, предметы мебели или фонар-

ные столбы – увы, разглядеть в них что-то окажется нереальным. Ведь поверхность их обычно матовая, рассеивает свет она хаотично и ничего не «показывает»… Но это лишь на первый взгляд. Решить необычную задачу взялась группа студентов из Массачусетского технологи2011 • январь

эврика ческого института под руководством профессора Рамеша Раскара (Ramesh Raskar). Их изобретение называется «камера быстротечного изображения». В основе этой системы – лазер, регулярно выдающий яркие вспышки длительностью всего в квадриллионную долю секунды (не зря проект также получил название «Фемтофотография» – FemtoPhotography). Эти короткие зондирующие импульсы уходят в разные стороны, в том числе попадают на предметы, направляющие их за угол. В примере ниже – в комнату с приоткрытой дверью. Но в качестве «зеркал» могут выступить и пол, и потолок. Далее в дело вступает быстродействующая электроника. Поймав весь отраженный от обстановки свет, можно получить только яркое пятно без деталей. Но поскольку импульс у нас ультракороткий, на сцену выходит его величество время. Современная техника позволяет производить переключения в схеме быстрее, чем свет успевает пройти хоть миллиметр пути. И эта возможность – ключ к дальнейшей обработке возвращенного света. Сразу после импульса электроника держит затвор камеры закрытым. Она ждет, пока от ближних предметов (соседняя стена коридора, 64

январь • 2011

Бабушка в спальне, кошка в углу и внук под столом будут спасены, ведь пожарный видит их при помощи лазерной камеры.

сама матовая дверь) вернутся фотоны «первичного отражения». Они нам не нужны и только испортят всю картину.

Далее камера начинает собирать свет. Фотоны от «второго отражения» (условно говоря, это поток от скрытых за углом вещей) через опре-

Сверхкороткий импульс лазера (1-2) уходит к двери и отражается внутрь комнаты к скрытым объектам (2-3). Отраженные лучи (3-4) возвращаются к двери и отправляются в камеру (4-1). Несмотря на то что обычная дверь не является зеркалом и отражения от нее достаточно случайны, изящный алгоритм способен вычленить изображение человека из этого потока.

изобретения, открытия, гипотезы

деленное время отскакивают от двери (третье отражение) и направляются к камере. Конечно, из всего первоначального импульса в объектив попадет очень малая доля света (остальные фотоны разлетаются кто куда), но и ее будет достаточно. Важно, что датчик быстротечной камеры фиксирует не только направление, с которого прилетел фотон, но и точное время его прилета. Насколько точное? Речь идет о разрешении в пикосекунды. Дальше начинается маленькая математическая магия. Чтобы собрать достаточно информации для обработки, лазер должен сделать от 10 вспышек, каждый раз немного с другой позиции. Теперь, используя эти кадры и информацию о времени прибытия каждой порции квантов, камера строит трехмерную сцену, скрытую за углом. Можно вспомнить одну аналогию: военные применяют похожий метод, который позволяет авиационной камере со вспышкой видеть технику противника под кронами деревьев. Все дело в сверхскоростном затворе и чипе, который держит его закрытым, пока возвращается свет от листьев. Он открывается, когда приходит черед запоздавших на миллиардные доли секунды фотонов, отразившихся от танков и машин.

Три уровня отражения. Сверхскоростной затвор и электроника позволяют поймать в матрицу только те фотоны, которые нужны.

В нашем случае к этому принципу добавляется математическая обработка пришедшего сигнала, позволяющая восстановить форму объекта по слабому вторичному излучению, отраженному

людей во время стихийных бедствий или на пожарах, при проведении полицейских и военных операций. Например, зондируя внутренние помещения здания через окна, можно получить изо-

Основные части камеры: фемтосекундный лазер (а), пикосекундный детектор (b), скоростной осциллограф (c). На рисунке d показана тестовая сцена – контрастный объект (нечто вроде двухмерного штрихкода), скрытый за рассеивающими свет экранами.

от матовой поверхности. Эта обработка напоминает томографию – там тоже конечный результат получается после сопоставления информации о сигнале, воспринятом с разных точек. Использовать такую технологию можно при спасении

бражения людей, невидимых с улицы, например пострадавших, лежащих на полу, или преступников, укрывающихся в дальних углах комнат. «Это как получить рентгеновское зрение без рентгеновских лучей. Мы обходим проблему, вместо того чтобы 2011 • январь

эврика идти напролом», – объясняет Раскар, кстати, известный нам по шестимерной фотографии и удивительному принципу наведения на резкость после съемки. Пока опытная установка Раскара со товарищи может выявлять лишь сравнительно простые рисунки за углом. До восстановления сцен из реальной жизни ей далеко. Еще предстоит поработать над алгоритмом расшифровки, чтобы получать достаточно ясные картины с тем небольшим числом фотонов, что попадают в объектив. Да и добиться компактности подобной камеры – не так просто. Однако умение «нарезать» возвращающийся поток фотонов столь тонкими «дольками» способно вылиться в интересное направление видео- и фотосъемки. «У каждого фотона своя

Общий принцип работы новой камеры (на схеме) в чемто схож с технологией «камер времени пролета» (time-offlight camera), в свою очередь родственных лидарам. Только в данном случае идея получила развитие, не зря профессор называет разработку «time-of-flight camera на стероидах».

история, – говорит Рамеш, – где он родился, кто его столС новой камерой автомобили могли бы избегать столкновений с машинами, скрытыми за углом улицы, медики – получать изображения труднодоступных участков сердца, легких или кишечника...

январь • 2011

кнул с пути, где он прошел... Я хочу слушать фотоны...»

Пока «мимолетную камеру» нельзя взять в руки. Это просто набор лазеров, сенсоров, зеркал и полупрозрачных стекол, закрепленных на стенде.

Голландское изобретение в три раза ускоряет создание полотна из брусчатки. Авторы новации надеются, что теперь красивый и долговечный тротуарный кирпич получит большее распространение, ведь его использование ранее нередко тормозилось сложностью укладки. Притом удивительно, что аппарат, решивший эту проблему, устроен довольно просто.

техника, изобретения, механизмы, открытия, электроника гипотезы эврика изобретения, открытия, гипотезы

http://www.youtube.com/watch?v=jkVBg_-OviI&feature http://www.youtube.com/watch?v=OT7BBRPgm2I&feature

В конце сентября 2010 года машина Tiger-Stone, выпускаемая компанией Vanku, была номинирована на инновационную премию банкира и политика Хермана Вайффелса (Herman Wijffels Innovatieprijs). Сейчас любопытная разработка числится среди десяти претендентов на приз, отобранных из 443 первоначальных за-

явок. Вне зависимости от конечного результата (он скоро будет известен) – это уже успех. Как и несколько дорог и дорожек, выложенных новым методом в уходящем году. «Тигр-камень» представляет собой платформу на гусеничном ходу. Ключевая ее часть – широкое наклонное полотно, подходящее к самой поверхности до-

Машина Tiger-Stone расстилает камни как ковровую дорожку

Кирпичные дороги проще ремонтировать. Полотно из камня легко переживает замораживание воды без образования трещин, обладает хорошей долговечностью. Но выкладывать такое покрытие на земле, прижимая камни друг к другу, – настоящее мучение. С «каменным тигром» работа становится легче, несмотря на то что остается ручной.

2011 • январь

эврика роги. По нему поток уложенных камней плавно спускается вниз, по мере того как машина медленно ползет вперед. Стоящие на платформе рабочие вручную собирают покрытие. Запас кирпичей имеется в бункере наверху машины. Никакой особой сноровки не нужно: увесистые камни сами просятся в ячейки, образованные предыдущими булыжниками. При этом людям не требуется ползать на коленях и подгонять каждый камень к соседнему – край будущей дороги, приподнятый машиной, находится прямо перед руками. Tiger-Stone берется за дело после того, как основа для дороги подготовлена (застыл бетон или выровнен и утрамбован песок), а ее края размечены. Самое хлопотное – ровно выложить на желобе первый метр покрытия. Дальше все упрощается. С двух сторон поток дорожных кирпичей ограничивают регулируемые боковые направляющие. Необходимая плотность кладки обеспечивается естественным путем – за счет большой тяжести уже выложенных камней, давящих на те, что лежат на транспортере ниже. В готовой дороге практически нечего поправлять. Работая наверху, строители могут сразу создавать любой рисунок из нескольких видов кирпичей (к примеру, разного цвета или фактуры), формируя при желании велодорожки, раз68

январь • 2011

Подход, примененный голландцами в машине для мощения тротуаров и дорог, очень похож на «человекокомбайны» американцев. Там тоже «пилоты» чудо-машин выполняли свою работу (на поле) вручную, но намного быстрее и легче, чем обычно.

изобретения, открытия, гипотезы

Гусеницы аппарата приводятся в движение электромоторами. В целом машина работает тихо, и жителям окрестных домов может досаждать разве что небольшой стук кирпичей, укладываемых рабочими в стальной лоток. Потому с новым агрегатом дорогу можно выкладывать даже ночью.

метку, декоративные вставки, обочины и закладывая сразу крайние камни, которые будут удерживать полотно от рассыпания.

Запас материала постоянно пополняет мини-погрузчик, который спокойно ездит по только что уложенному полотну. Камни ложатся столь плотно и точно, что дорога сразу может нести высокую нагрузку.

«Тигр» оборудован датчиком, следящим за проложенной трассой, – цепочкой уже стоящих бордюрных камней или

выступов в бетонной основе. Машина следует за такой «путеводной нитью» с точностью до миллиметра, гарантируя 2011 • январь

дело техники рождение аккуратного полотна, которое ложится на грунт без ошибок и сбоев, «лишних» кирпичей и строительного мусора. С двумя людьми на борту Tiger-Stone может выложить до 300 квадратных метров брусчатки за рабочий день, в то время как традиционным методом пара опытных укладчиков осилит 75100 «квадратов», – утверждают создатели машины. Кроме того, на платформе, не мешая друг другу, могут спокойно действовать и три укладчика. История этого изобретения началась в 2005 году – на родной улице главы Vanku Хенка ван Кейка (Henk van Kuijk) строители затеяли перекладку дорожного покрытия. Это заняло так много времени, что вызвало сильное возмущение местных жителей. Послушав соседей, Хенк впервые задумался о машине, которая могла бы ускорить прокладку прочных и красивых дорог из брусчатки. Поскольку Vanku – фирма машиностроительная, соорудить опытный аппарат по задумке босса ей было несложно. После первых проб и показа на выставках «Тигр» вызвал интерес у дорожников. Ширина кирпичной реки регулируется. У компании есть три модели с максимальной шириной выкладываемой дороги в четыре, пять и шесть метров. Минимальная ширина полотна при этом составляет три метра.

январь • 2011

техника, механизмы, электроника

Аппарат сам заезжает на прицеп, после чего платформа разворачивается вдоль дороги.

В конце прошлого года произошло знаменательное событие: первый Tiger-Stone ушел клиенту – голландской строительной компании Van den Elshout & De Bont, занятой укладкой мостовых и тротуаров из кирпича и плитки. Дорожники посчитали оправданными немалые расходы на агрегат, который увеличивал темп прокладки полотна при высоком качестве и снижении утомляемости рабочих. К тому же с «Тигром» существенно облегчилось повторное использование брусчатки, взятой из ремонтируемой дороги. Еще весомый плюс новации.

«Тигр», заполненный 2,5 тонны.

Главный же магнит изобретения – это то, как изящно он решает поставленную задачу. Один из руководителей Van den Elshout & De Bont Эдвин Мейс

дорожным

кирпичом,

весит

(Edwin Muijs) говорит о «Тигрекамне»: «На нас произвела большое впечатление простота этой машины». На нас тоже, добавить тут и нечего. 2011 • январь

здоровый интерес

медицина, здоровье, образ жизни

Самый мощный имплантат позволил слепым читать

Чипы-имплантаты с 1520 микрофотодиодами позволили ослепшим пациентам различать повседневные объекты и читать крупные надписи. О впечатляющем успехе сообщили доктор Эберхарт Цреннер (Eberhart Zrenner) из университета Тюбингена (Universität Tübingen) и возглавляемая им немецкая компания Retina Implant.

Впервые после нескольких лет слепоты один из испытателей чипа читает свое имя.

http://www.youtube.com/watch?v=WSdmWbItsvU&feature

Аппарат прошел многолетние клинические испытания на 11 пациентах с дегенерацией клеток в сетчатке. Теперь пришла пора подвести итоги. Действенность имплантата отличалась у раз-

январь • 2011

ных людей, но большинство оказались в состоянии выделять яркие объекты в поле зрения. Наилучший результат показал 46-летний фин Мийкка Терхо (Miikka Terho). Он раз-

личал вилку, нож и кружку на столе, циферблат часов и геометрические узоры, разные фрукты и мог даже различить семь оттенков серого. Мийкка также оказался в состоянии самостоятельно передвигаться по комнате и подходить к людям. Самым же ярким испытанием стало чтение. Мийкка различал слова, написанные крупными буквами. Для проверки ему показали его собственное имя, намеренно написанное с ошибкой, на ко-

Испытанные прототипы обладают простым внешним питанием – провод выходит сквозь кожу за ухом. Но сейчас компания готовит усовершенствованный вариант, в котором энергия будет передаваться от внешней батареи к чипу при помощи электромагнитных передатчика и приемника.

Retina Implant намерена провести новый цикл клинических тестов. В Германии они уже начались, а в Британии и Италии – планируются. Детали испытаний и устройства имплантата раскрывают статья в Proceedings of the Royal Society B и прессрелиз компании.

Прибор размещается позади сетчатки. Он использует свет, проходящий через глаз (в противовес альтернативным схемам с внешней камерой), чтобы формировать изображение 38 х 40 пикселей. Электрические сигналы через электроды подаются в зрительный нерв.

торую Терхо и указал. Ныне имплантат удален, но Мийкке пообещали вскоре поставить более совершенную модель. Перед выходом своей новинки на рынок Европы 2011 • январь

здоровый интерес

медицина, здоровье, образ жизни

Управление геном обратило вспять старение организма

По словам лидера группы ученых Рональда Депиньо (Ronald A. DePinho) из медицинской школы Гарвадра (HMS), впервые удалось побороть многие проявления возрастной дегенерации у мышей. На заднем фоне – хромосомы с теломерами (отмечены красным).

Генно-инженернаяактивацияфермента, который защищает концы хромосом, привела к восстановлению нормальной работы деградировавших органов. Среди прочего были достигнуты возврат репродуктивных функций и наращивание массы мозга подопытных животных. Исследователи предполагают, что найденный эффект при ряде условий можно распространить на человека.

Сначала биологи создали генетически измененных мышей, у которых отсутствовал фермент теломераза, способный достраивать концы хромосом, называемые теломерами. За несколько поколений теломеры в клетках мышей сильно укоротились, а сами зверьки продемонстрировали целый букет эффектов ускоренного старения: остеопороз, диабет и нейродегенеративные заболевания, плохую плодовитость,

январь • 2011

более раннюю, чем обычно, смерть… Но ученые запрограммировали мышей так, что деактивированный фермент мог быть в любой момент снова включен путем добавления химиката 4-OHT, влияющего на нужный ген. Исследователи позволили мышам достигнуть взрослого состояния, а затем на время вернули выработку теломеразы. Результат проверили еще через месяц.

Биологи ожидали, что восстановление активности фермента замедлит или остановит старение, но эффект оказался даже более сильным – многие процессы пошли вспять. У самцов сморщенные яички восстановили форму, и зверьки вновь принялись генерировать здоровую сперму, давать потомство. Мыши также вернули себе «молодые» селезенку, печень и кишечник, восстановили ослабшее обоняние, позволившее им лучше проходить лабиринт. Вернулась к нормальной и продолжительность жизни грызунов. При этом важно, что животные не продемонстрировали признаков рака, уточняет PhysOrg.com. Тем не менее среди биологов все равно остаются опасения, что стимуляция теломеразы может вызывать рак (ведь раковые клетки активируют этот фермент, тем самым становясь почти бессмертными). Депиньо считает, что такой риск можно сократить, включая

Даже в мозге мышей старение было откинуто прочь: активировались клетки-прогениторы, производящие новые нейроны, стали возвращаться к нормальной толщине миелиновые оболочки вокруг нейронов, увеличились размер и масса мозга.

теломеразу на короткое время – дни или недели. Однако, признает ученый, вопрос требует дальнейшей проработки. Авторы работы полагают, что «теломерная» терапия в сочетании с другими методами поможет в лечении ряда возрастных нарушений. Но неясным остается вопрос: может ли принудительная активация теломеразы устранять эффекты

За активностью теломеразы биологи следили при помощи светящихся маркеров. Детали эксперимента можно найти в статье в Nature.

самого обычного старения, а не преждевременного, например вызванного генетическими заболеваниями. Этот момент еще ждет изучения, потому говорить о появлении лекарства от старости – преждевременно. Однако результат нового опыта обнадеживает: вероятно, спасение от старения следует искать именно в данном направлении. Напомним, в 2009 году Нобелевку по медицине присудили как раз за объяснение механизма защиты хромосом теломерами (считается, что «истончение» этой защиты влияет на старение клетки, хотя взаимосвязь тут неоднозначная), и в том же году генетики на выборке из нескольких десятков людей показали связь между повышенной активностью теломеразы и долголетием. 2011 • январь

здоровый интерес

медицина, здоровье, образ жизни

Двойная турбина продлит жизнь пациентам без пульса

В каждом очередном поколении искусственных сердец разработчики стараются уменьшить габариты и вес, сделать механизм менее травматичным для крови и повысить долговечность агрегата. Любое достижение в данной сфере – это дополнительные месяцы чьей-то жизни. И вот, утверждают ученые, настала пора собрать весь накопленный опыт и построить «самоесамое» искусственное сердце.

В мире существует немало моделей искусственных сердец (здесь показан один из самых совершенных аппаратов – CardioWest TAH-t от американской компании SynCardia Systems). Однако, несмотря на постоянно улучшающиеся параметры, – успокаиваться изобретателям рано.

Американский Национальный институт здравоохранения (National Institutes of Health) выделил грант в размере $2,8 миллиона группе ученых и инженеров, которые должны создать имплантат нового типа. Эта разработка пойдет вовсе не с нуля – в общих чертах уже известно, что это будет за

январь • 2011

аппарат. К тому же – у него имеется любопытный идеологический предшественник. Однако новичка еще предстоит «конкретизировать», построить в металле и испытать. Удастся? Есть все основания полагать, что да. Посмотрим на команду разработчиков. В первую очередь это два

профессора инженерии – Мэтт Франчек (Matt Franchek) и Ральф Меткалф (Ralph Metcalfe) из инженерного колледжа университета Хьюстона (UH Cullen College of Engineering), плюс доктор Фрейзер (O. H. Frazier), директор отделения хирургических исследований Техасского кардиологического института (Texas Heart Institute). Есть в команде ученые из других университетов и институтов, а также – еще один примечательный участник. Но о нем мы скажем чуть позже. Новинка пока носит условное название Total Artificial Heart (TAH), то есть «Полностью искусственное сердце». Очевидно, она должна заменять весь орган целиком, а не один из желудочков. Или, во всяком случае, подстраховывать обе половины сердца, которое после передышки может пойти на поправку (и такой вариант возможен). Заметим, желудочковые вспомогательные устройства (VAD), монтируемые рядом с больным органом и берущие на себя часть работы по перекачке крови, распространены куда больше, нежели механизмы, устанавливаемые взамен сердца. Но именно создание полного насоса – самая трудная задача. Что же предлагает команда из Хьюстона? TAH будет безпульсным, то есть оно должно гнать кровь

Правое предсердие получает бедную кислородом кровь, возвращающуюся из организма. Оно переправляет ее правому желудочку, который гонит кровь к легким. Обогащенная кислородом кровь возвращается в левое предсердие, которое передает ее в левый желудочек. А он уже нагнетает кровь в артерии, разносящие ее по всему организму.

равномерным потоком (живой человек без пульса, повидимому, должен производить неизгладимое впечатление на непосвященных). Имплантат этот будет состоять из двух миниатюрных насосов, каждый по форме и размеру как батарейка типа C. И это – колоссальный шаг вперед по сравнению с прежними «полными» системами, не только достигающими, но нередко и превосходящими по размеру настоящее сердце. Один из этих насосов будет обслуживать малый (легочный) круг кровообращения, а второй – большой круг. Важной особенностью имплантата будет встроенный «интеллект», автоматически подстраивающий производи-

тельность насосов в зависимости от текущих физиологических потребностей. Специалисты из университета Хьюстона намерены разработать математическую модель кровеносной системы, которая ляжет в основу программы управления имплантатом по обратной связи: в состав устройства войдут датчики, измеряющие параметры кровотока, в том числе такой важный для медицинского анализа, как вязкость крови. Цель же всего проекта – появление искусственного сердца, которое было бы меньше, легче, тише и надежнее, чем предшественники. Вот о предшественниках и пора поговорить. Не обо всех, а о самом близком. Мы обеща2011 • январь

здоровый интерес ли вам представить еще одного «примечательного» участника проекта. Это техасская компания MicroMed Cardiovascular. Та самая, которая несколько лет назад получила от NASA лицензию на уникальный кровяной турбинный насос, разработанный инженерами космического центра Джонсона (Johnson Space Center) и всемирно известным кардиохирургом Майклом Дебейки. Тогда в свет вышло вспомогательное искусственное сердце (ассистирующее одному из желудочков) MicroMed-DeBakey VAD. О его истории и устройстве мы очень подробно рассказывали. Напомним только, что благодаря применению космических технологий и ряда оригинальных идей авторам удалось феноменально минимизировать размер и вес имплантата. Ныне изделия MicroMed эволюционировали. Особое внимание инженеры и ученые уделили гидродинамике потока крови внутри насоса – на самом микроскопическом уровне. Подшипники, лезвия турбины и другие элементы получили изменения, призванные сгладить ток. Видимо, эти устройства и послужат отправной точкой в создании TAH. Ведь в техасских аппаратах (после оптимизации целого ряда деталей, называемых Modern DeBakey VAD) работают как раз безпульсные (то есть создающие постоянный поток) винты. 78

январь • 2011

Данный прототип показывает лишь примерный облик того искусственного сердца, которое должно быть создано в следующие четыре года техасскими учеными.

Когда хьюстонский (и одноименный университет, и компания MicroMed, и техасский кардиоинститут расположены в этом городе) проект будет завершен, полное искус-

ственное сердце должно будет впитать все лучшие решения от Modern DeBakey VAD. В их числе и датчик потока. Этот крошечный узел стоит на одном из «рукавов» устройства.

Доктор Дебейки – один из отцов искусственного сердца марки MicroMed. За свои 70 лет карьеры он выполнил более 60 тысяч операций на сердце и изобрел более полусотни хирургических инструментов. Весной 2008 года Дебейки получил золотую медаль Конгресса за достижения в медицине. Увы, 11 июля 2008 года этого выдающегося человека не стало. Он не дожил пару месяцев до 100 лет. На снимке Дебейки держит два искусственных сердца – более или менее традиционное по конструкции WorldHeart Novacor (в правой руке) и новаторское миниатюрное MicroMed.

медицина, здоровье, образ жизни

Он замеряет скорость кровотока круглосуточно, что позволяет лучше контролировать работу сердца. В последних версиях механического сердца предусмотрена передача данных через Сеть, так что доктор сможет в любой момент на своем карманном компьютере проконтролировать состояние пациента, который в этот момент находится у себя дома. Данная опция дебютировала сначала на европейском рынке – еще в первом квартале 2009 года. MicroMed Cardiovascular сообщает, что за 10 лет, прошедших с момента появления первого MicroMed-DeBakey VAD, эти «сильно уменьшенные насосы от шаттлов» были имплантированы 440 пациентам. И 130 они добавили целые годы жизни.

HeartAssist 5 Pediatric VAD – последнее поколение искусственного сердца от MicroMed, вариант для детей. Вес насоса составляет всего 92 грамма, а его размеры 7,1 х 3 сантиметра. Вес всего имплантата (включая трубки и датчик потока) – 235 граммов. Производительность может меняться от 1 до 10 литров в минуту. Это единственное педиатрическое устройство VAD, одобренное к применению в США и Европе.

Аппарат от MicroMed перегоняет кровь из левого желудочка в аорту, то есть служит вспомогательным устройством, облегчающим работу больному органу. У компании есть разные варианты этого насоса, отличающиеся немного размерами: для взрослых и детей.

Немного? Да, но вспомним, что механическое сердце обычно ставят пациентам, состояние которых очень тяжелое и которым без такой операции не прожить и месяца. На установку имплантата медики идут, когда иные варианты уже исчерпаны. И любое новое устройство, которое продлит жизнь умирающего хоть еще на сколько-нибудь (а значит, увеличит его шанс на получение донорского органа), – окажется поистине королевским подарком. 2011 • январь

оружие

военные технологии, техника

Робот сдавал в багаж: инфракрасную и обычную камеры, миниатюрный радар, различные датчики и небольшое оружие… Новая универсальная тележка с дистанционным управлением пригодится военным во многих ситуациях. А главное – она будет прочной, всепогодной и герметичной, способной действовать на пересеченной местности, в жидкой грязи и на воде.

НЛО советской сборки

Если человек утверждает, что в начале 1950-х годов видел летающую тарелку, не спешите думать, что он впал в маразм.

Ясным летним утром 16 июля 1951 года звено Ла-11 1619-го истребительного авиаполка Северного флота вылетело из Мурманска на обычное патрулирование прибрежной территории. Первые 30 минут полет проходил спокойно, а затем ведущий, капитан Петр Вусов, заметил, что со стороны Новой Земли на высоте около 4000 м над морем медленно движется какой-то объект. «Скорость его была настолько

январь • 2011

мала – около 100 км/ч, что я вначале принял его за судно, – вспоминал летчик. – Но, подлетев ближе, я увидел очень странный объект – темный диск диаметром 20 м без опознавательных знаков, но вооруженный мощными пушками, торчащими снизу. Я никогда не видел такой машины, поэтому сразу же связался с базой и доложил о нарушителе воздушного пространства». В этот момент пилот диска, видимо,

заметил самолеты и резко изменил курс. Поскольку патрулирование было боевым, Вусов принял решение атаковать странный объект. Первая очередь 23-мм снарядов как будто бы не причинила вреда диску, и летчик развернулся и пошел на второй заход. Тут ожила рация. Вусову и его ведомому, лейтенанту Иванченко, было приказано прекратить огонь и немедленно, соблюдая полное радиомолчание, вернуться на базу. На аэродроме летчиков уже ждал местный особист в сопровождении незнакомого молчаливого человека в штатском. «Мне стало страшно, – вспоминает Вусов. – Время было такое… А ведь я действовал в

точности согласно приказу». Но все обошлось: обоих летчиков только «убедительно попросили» держать язык за зубами и в этот же день перевели – Вусова на Тихоокеанский флот, а Иванченко – в Хабаровск. В качестве своеобразной компенсации и «гарантии молчания» им присвоили внеочередные звания… След Пенемюнде В начале 1930-х годов молодой немецкий авиаконструктор Ирман Майер придумал схему летательного аппарата, внешне напоминающую перевернутую миску с кольцевым винтом в центре. Такая схема позволяла защитить жизненно важные агрегаты от возможного вражеского огня и обеспечить площадку достаточных размеров для размеще-

На одной из старых немецких фотографий можно рассмотреть макет корпуса диска конструкции Циммермана и Майера, построенный в Пенемюнде для изучения компоновки и расположения вооружения. По этой фотографии художник попытался восстановить внешность аппаратов.

ния оружия. Впрочем, это была лишь чисто теоретическая схема, и сам автор прекрасно осознавал ее недостатки. К счастью, талант молодого конструктора заметил его коллега – Генрих Циммерман, занимавшийся необычными компоновками летательных аппаратов, из которых наиболее перспективными он считал «летающие диски» на основе так называемого толстого крыла. Циммерман заинтересовался проектом Майера и пригласил молодого конструктора в свою команду. Сотрудничество оказалось на редкость удачным – Майер, блестящий генератор идей, был ценным приобретением. В 1942–1943 годах очевидцы неоднократно видели на полигоне в Пенемюнде «Летающий блин», внешне напоминавший перевернутый вверх дном тазик. В центре находилась каплевидная прозрачная кабина пилота. В движение диск приводился турбореактивными двигателями Jumo-004B с управляемыми соплами, развивал около 700 км/ч и имел посадочную скорость 60 км/ч. Однако аппарат был крайне неустойчив в полете. По воспоминаниям одного из чудом оставшихся в живых узников концлагеря КЦ-4А в Пенемюнде, в сентябре 1943-го один из дисков в ходе испытаний успешно взлетел, но из-за сильного ветра перевернулся, упал, загорелся и взорвался. 2011 • январь

оружие Победитель получает все С 1943 по 1945 годы команда Циммермана решала проблемы устойчивости (вызванные нестабильностью работы двигателя и невозможностью точно регулировать тягу) и проектировала увеличенную модель диска. К весне 1945 года проект был практически готов, оставалось только воплотить его в «железе». Но этому помешало поражение Германии в войне. Чтобы разработки не достались союзникам, СС приказало уничтожить все бумаги, а инженеров – расстрелять. Однако конструкторы успели скрыться (не успел только сам Циммерман). После поражения Германии союзники не нашли никаких документов, подтверждающих существование этого аппарата, и сделали вывод, что это оче-

Ранние эскизы МА-6, сделанные самим Майером, дают представление о будущем грозном оружии советских ПВО. Компоновка двигателей тогда еще не была известна.

редная «утка». Советским поисковым группам повезло гораздо больше. Советскому Союзу досталась не только вся документация этого проекта – они обнаружили Ирмана Майера и всю его команду инженеров, укрывшихся в винном погребе фирмы «Деуливаг» на окраине Берлина (там какое-то время назад выпускали механизмы управления для «Пантер»). «Полный комплект материалов» (включая конструкторов) был

И хотя в СССР группе Майера пришлось слегка пожертвовать масштабом, несложно увидеть, что в основе аппаратов лежат общие корни.

январь • 2011

вывезен в СССР для продолжения работы. Охота пуще неволи В 1946 году талантливый выпускник Ленинградской краснознаменной военновоздушной инженерной академии лейтенант Михаил Дубик получил необычное распределение. Молодому специалисту предложили в добровольнопринудительном порядке пройти тест на знание немецкого языка, с которым он успешно справился, и дать подписку о неразглашении. Технический переводчик команды Майера Михаил Юрьевич Дубик больше половины века хранил доверенную ему секретную информацию – с советскими спецслужбами шутки плохи. Только сейчас он согласился поделиться своими воспоминаниями. «После тщательного изучения документации в ЦАГИ «сверху» было спущено решение о постройке у нас полномасштабного пилотируемого образца для проверки на практике уникальных летных качеств

военные технологии, техника

боевого диска, – рассказывает Михаил Юрьевич. – Все работы проводились в условиях строжайшей секретности. Была создана специальная «шарашка» (СКБ-08) для пленных немецких конструкторов из группы Майера. Механизмы для первого диска, получившего название «Губка» и шифр МА-6, производились на различных заводах. За всеми нами постоянно наблюдали особисты, один вид которых ясно давал понять – кто откроет рот, тому не поздоровится». Первоначально планировалось использовать уже знакомый немецкой команде двигатель Jumo 004В1, запущенный в серийное производство под индексом РД-10 на уфимском авиационном заводе №26. Но его тяга 900 кгс для «Губки» оказалась слишком мала, поэтому решили использовать новейшие английские двигатели Nene I, к 1947 году запущенные в серийное производство в СССР на заводе №45 под индексом РД-45 с тягой 2040 кгс. Воздушный вальс Первый полет был совершен в обстановке полной секретности на одном из северных аэродромов. «Раздался оглушительный рев трех реактивных двигателей, и темный диск после очень короткого разбега легко оторвался от земли и взмыл в небо, – вспоминает Михаил Дубик. – Если бы не звук, все это напоминало

бы инопланетный НЛО». Диск обладал выдающимися для своего времени характеристиками, особенно по части грузоподъемности и минимальной крейсерской скорости – он мог легко идти на 100 км/ч, совершая на этой скорости маневры, которые и не снились многим истребителям тех времен. Диск мог кружить практически на месте, совершая циркуляцию (памятуя о немецких корнях машины, летчики назвали эту фигуру «Вальсом Штрауса», или просто «Штраусом»). После столь эффектных показательных «выступлений» было принято решение разработать и построить опытную партию боевых образцов. Итогом разработок стал настоящий шедевр – огромный боевой диск, имевший 25 метров в диа-

метре, специальную пилотскую башенку сверху, радарное оснащение и четыре пушечных турели снизу. Усовершенствованная версия диска стала более тяговооруженной и быстрой. Немецкие инженеры, имея за своими плечами огромный опыт разработок по управлению пограничным слоем, грамотно реализовали интенсивный отсос воздуха в нужных местах, превратив весь корпус тарелки в несущее крыло. Система управления тягой трех турбореактивных двигателей и отклоняемые сопла с изменяемым вектором тяги (и это в 1948 году!) были дополнены боковыми газодинамическими рулями, что обеспечивало устойчивость и фантастическую маневренность при полете на небольших скоростях.

Таким он должен был стать: 50-метровый тяжеловооруженный диск, предназначенный для атак на морские конвои и эскадры союзников. 2011 • январь

оружие

Под угольной крышей Основным предназначением тарелок должно было стать уничтожение орд американских тяжелых бомбардировщиков B-29. Одним из наиболее вероятных маршрутов следования американцев считался полет над Северным полюсом, своеобразное милитаристское повторение перелета Чкалова. Было логично встречать противника чуть дальше от основных границ Советского Союза. Для размещения эскадрильи нужна была точка, принадлежащая Союзу, но при этом расположенная на линии Америка – Северный Полюс – Москва. Такой точкой стал архипелаг Шпицберген. В 1948 году Советский Союз начал работы по восстановлению угольных рудников на Шпицбергене. Со стороны это могло показаться странным: полезных ископаемых хватало и на материке, а разработка и транспортировка угля с 84

январь • 2011

далекого острова в Северном Ледовитом океане обходилась стране астрономически дорого. Но даже командиры кораблей треста «Арктикуголь», направлявшихся на остров, не подозревали о том, что вместе с горнодобывающим оборудованием на борту находилось новое сверхсекретное оружие. «Губки» было решено использовать в качестве летающих бронированных платформ. По сигналу тревоги эскадрилья дисков быстро взлетала, набирала высоту в 10 км и при помощи бортового радара засекала строй B-29, потенциально несущих атомные бомбы в направлении Москвы. После визуального обнаружения диски поднимались выше уровня следования бомбардировщиков, подставив американским пулям бронированное днище, местами достигавшее толщины около 4 см. А затем пилот начинал «вальсировать» на малой скорости, и стрелки из 37-миллиметровых зенитных

установок сбивали американские бомбардировщики. В теории звено из шести тарелок могло без проблем уничтожить до сотни бомбардировщиков в одном бою. Всего было построено и испытано двенадцать тарелок – два звена. Экипаж каждой тарелки первоначально состоял из восьми человек: четыре оператора артсистем, оператор радара, штурман, второй пилот и командир. Начались полномасштабные испытания. Производились тренировки операторов радара, стрелков, обучение летчиков сложному пилотажу. Одновременно с этим производились испытания самих тарелок на максимальную скорость, дальность, максимальный высотный потолок. В целях сохранения секретности на «Губки» не наносили никаких обозначений национальной принадлежности. Именно тогда и приключилась история с патрульными Ла-11. На базе чудом избежавший смерти экипаж был встречен строгим выговором, но вскоре по приказу «сверху» на бортах всех машин появились красные звезды. Ракетный век К осени 1952 года летающие тарелки полностью завершили программу испытаний, было получено огромное количество отчетов и документов. И вот 27 ноября 1952 года была сформирована 1-я Се-

военные технологии, техника

верная эскадрилья ПВО специального назначения (СЭСН). Начальником этой эскадрильи, получившей среди летчиков шутливое название «Баня», был назначен капитан Григорий Савиченко, сразу же прозванный «Банщиком». Но в марте 1953 года умер Сталин, и ситуация радикально изменилась. Хрущев, придя к власти, принялся повсюду насаждать свои любимые ракеты. По логике Никиты Сергеевича, одна ракета с атомной бомбой могла заменить целый батальон тяжелых танков. Если одна зенитная ракета в теории может уничтожить один вражеский самолет, зачем тогда нужны эскадрильи истребителей МиГ-15? Эта ничем не подтвержденная логика привела к варварскому уничтожению сотен истребителей. Их безжалостно вытаскивали в поле «на брюхе» и давили бульдозерами. Неудивительно, что та же печальная участь постигла и советские летающие тарелки. Со всех опытных образцов сняли обшивку, оборудование и ценные приборы. После этого останки тарелок были затоплены у побережья Шпицбергена на глубине около 300 метров, где они, по всей вероятности, лежат и поныне. Пограничный слой В 1904 году профессор Геттингенского университета

На чудом сохранившейся фотографии из личного архива Михаила Дубика запечатлен аэродром базы СЭСН на Шпицбергене в 1952 году. Летчики реактивных учебных «спарок» МиГ-15УТИ с изумлением рассматривают детище немецких инженеров, гигантскую летающую тарелку, с которой им вскоре предстоит вступить в учебный воздушный бой.

Людвиг Прандтль ввел понятие пограничного слоя, давшего понимание, как, улучшив условия обтекания, уменьшить лобовое сопротивление движущихся тел. Теоретическое обоснование механизма возникновения подъемной силы крыла обеспечил работавший перед Первой мировой войной совместно с немецкими физиками русский профессор Николай Жуковский. В период между мировыми войнами в Германии развернулись активные работы по преодолению воздействия пограничного слоя. Экспериментируя с летательными аппаратами различной формы, немецкие ученые пришли к выводу о необходимости отсасывания «мертвого» воздуха через

мельчайшие отверстия в крыле (это называется управление пограничным слоем). Рассматривалась даже идея постройки летательного аппарата из пористого материала, работающего как губка. Немцы даже придумали ему специальное название Luftschwamm («аэрогубка»). Конструкторы предположили, что для улучшения управляемости такими аппаратами следовало убрать любую выступающую часть, будь то крыло или рули направления, сделав фюзеляж и кабиной, и крылом, закругленным вокруг всасывающего устройства, соединенного с двигателем. В идеальном случае как раз и получалась форма «летающей тарелки». 2011 • январь

оружие

военные технологии, техника

Каждое утро по рабочим дням не менее 600 человек приезжают к охраняемому терминалу аэропорта Лас-Вегаса. Садятся на один из «Боингов» с красной полосой на борту без каких-либо иных опознавательных знаков. Самолеты вылетают на север каждые полчаса. Место назначения – военная база «Зона-51» – настолько засекреченное, что до 2000 года власти США вообще отрицали его существование. И это до сих пор рождает страшные подозрения: здесь испытывают «летающие тарелки», захваченные у инопланетян. Самое удивительное, что военные ничего не отрицают и ничего не подтверждают. В результате общественность в основном довольствуется слухами и байками. Весьма увлекательными.

Пленные пришельцы и «Зона-51»

Самолет-разведчик А-12: эксперты уверяют, что ради испытания подобных аппаратов и создана «Зона-51».

Хорошо отмеченный, хотя и не огороженный заборами внешний периметр базы патрулируется службой безопасности, снабженной следящими устройствами. Дороги и тропинки, идущие к «Зоне-51», снабжены датчиками движения и другими детекторами, способными не только зафиксировать приближение человека, но и отличить его от животных. Наземным патрулям (периметр

январь • 2011

охраняет частная охранная фирма «Уэкенхат» по контракту с ВВС) помогают вертолеты Sikorsky MH60G, оснащенные пулеметами и тепловизорами. Попытки хотя бы приблизиться к щитам с суровыми предупреждениями («Стой! Запретная зона, разрешено стрелять на поражение!») пресекаются. Если кто-то сделает шаг за черту «зоны», его в лучшем случае ждут арест и штраф от 600 долларов, а

по возвращении домой – допрос в ФБР. В худшем – 5000 долларов штрафа и год тюрьмы. Однако угрозы не пугают энтузиастов. И они находят места, из которых видно кое-что странное. «Всего год назад мы не смогли бы ничего рассказать», – признался 87-летний отставной полковник Хью Слейтер, командовавший «Зоной-51» в 1960-е годы. Другой ветеран – 72-летний инженер специальныхпроектовТорнтонБарнс– сказал, что его команда «была самой секретной со времен Манхэттенского проекта», то есть времен создания первой атомной бомбы. «Направленный в небо хорошо сфокусированный магнитными линзами протонный пучок пройдет первые несколько тысяч метров в атмосфере без видимого эффекта. И не будет виден. Далее, ионизируя атомы кислорода и водорода, он породит светящийся шар плазмы… При взгляде со стороны плазма может иметь линзовидное сечение и, возможно, другой цвет снизу и сверху изза разницы энергии в угасающем пучке. Короче, она будет казаться светящейся тарелкой. Пучок можно быстро двигать в горизонтальной плоскости, из-за чего объект будет выглядеть мечущимся в воздухе, как луч прожектора, «прыгающий» по низу облаков». По мнению Махуда, расстояние от генератора до шара из плазмы и его яркость можно регулировать, меняя энергию протонов и их количество на единицу облучаемой площади.

Зачем военным игры с плазменными шарами, которые вряд ли способны поразить мчащийся самолет или ракету? У Тома есть ответ и на это: «Устройство, основанное на подобном принципе, является очень совершенным средством для обмана радара. Ионизированная плазма дает хороший радарный отклик, заставляя переключиться на нее, а не на приближающийся самолет... В качестве дополнительного бонуса плазма может иметь значительное излучение в ИК-диапазоне как приманка для теплонаводящихся ракет». Том уверяет, что говорил с одним человеком, который раньше работал в «Зоне-51». И тот якобы подтвердил: «Да, это пучки частиц. Я видел подземные сооружения со сдвигающейся крышкой, откуда их испускают. Они не желают, чтобы кто-то был в воз-

Один из ветеранов «Зоны-51» Кен Коллинз у сверхсекретного самолета в 1963 году.

духе на много миль вокруг, когда работают излучатели». Ветераны взялись раскрыть тайны «зоны» лишь в нынешнем, 2010 году, спустя 50 лет. И лишь после того, как ЦРУ рассекретило программу Oxcart – испытания и полеты скоростного самолетаразведчика А-12. Разумеется, журналисты не могли пройти мимо слухов о трупах «человечков» в ангарах, об испытаниях отремонтированных «летающих тарелок», о подземных туннелях. Ветераны признали: какая-то доля истины в этом есть. Но очень небольшая. В «зоне» действительно восстанавливали «чужие» технологии. Но земные. Например, работали с советскими истребителями «МиГ». Испытывали их в полете. А под землю прятали опасные и радиоактивные технологии. Барнс работал над программой создания ядерных двигателей ракет (проект NERVA) в подземных бункерах на равнине Джакасс – рядом с «зоной»: «Три бункера соединили железной дорогой, а все остальное находилось под землей». По мнению ветеранов, летчики часто принимали за «летающие тарелки» самолет A-12 Oxcart с широким фюзеляжем, вмещающим огромное количество топлива. Проект Oxcart был прекращен в 1968 году. О том, что происходило в «Зоне-51» следующие полвека, ветераны сказали: «Это рассекретят не раньше 2050 года!» 2011 • январь

планетарный масштаб

природа, космос, общество

Странные зубы древнего крокодила выдали в нем кота

Никто не сомневается, что во времена динозавров крокодилы выглядели не совсем так, как нынешние рептилии. Однако не так давно в Африке ученые обнаружили скелеты совсем уж странных существ. При явном своем родстве с крокодилами они обладали зубами млекопитающих. Эту гремучую для научной классификации смесь палеонтологи прозвали крокодилом-котом.

Судя по другим находкам, во время жизни крокодила-кота окружали травоядные зауроподы и плотоядные тероподы, другие виды древних крокодилов, черепахи и рыбы. Охотился крококот, скорее всего, на небольших рептилий, млекопитающих и насекомых.

По-научному новое создание именуется Pakasuchus kapilimai. «Paka» в переводе с суахили обозначает «кот», а «souchos» по-гречески «крокодил». Скелеты P. kapilimai были обнаружены в Танзании в 2008 году при раскопках в

январь • 2011

рамках проекта Rukwa Rift Basin Project. Палеонтологи полагают, что эти необычные крокодилы обитали в южной части континента Гондвана около 105 миллионов лет назад. Ученые отнесли крокодиломорфа к отряду нотозухий

(Notosuchia). Эти существа отличались от остальных крокодилов небольшими размерами, относительно тонкими конечностями и ноздрями, смотрящими вперед. Во времена мелового периода (145-65 миллионов лет назад) Гондвану населяли в основном рептилии (окаменелых останков млекопитающих в южном полушарии находят очень мало). Считается, что млекопитающие и их предки процветали в основном в северной половине земного шара. В южном полушарии их место под солнцем долгое время (вплоть до вымирания динозавров) занимали самые разные крокодилы и их ближайшие родственники. Одним из них был и нынешний крококот, изученный командой палеонтологов под руководством Патрика О'Коннора (Patrick O'Connor) из университета Огайо. Он и его коллеги тщательно обследовали череп и зубы древнего существа при помощи рентгеновской микротомографии (X-ray microtomography). Трехмерная картинка показала, как совмещались зубы крококота и как рептилия пережевывала пищу. Вот именно что пережевывала. Биологам известно, что рептилии обычно обладают коническими зубами-

Длина тела крокодила-кота при жизни составляла около 55 сантиметров, длина черепа – порядка 7 см. На данный момент ученые обнаружили по всей Танзании семь похожих окаменелостей. В нынешнем исследовании описывается две из них. 2011 • январь

планетарный масштаб клыками, которые не позволяют им перетирать пищу. Те же крокодилы либо проглатывают свою жертву целиком, либо разрывают ее на большие куски. Измельчения съеденного не происходит.

А способность к жеванию до сих пор считалась прерогативой исключительно млекопитающих. Их верхние и нижние коренные зубы плотно совмещаются и могут двигаться относительно друг

Вверху: О`Коннор и Сифа Нгасала (Sifa Ngasala), аспирант университета Мичигана (Michigan State University), извлекают кости из скальной породы. В это же время пара других ученых исследуют берег протекающей рядом реки. Внизу: Патрик изучает выступающие фрагменты костей P. kapilimai.

январь • 2011

друга, перетирая пищу перед глотанием. Именно такие зубы и были обнаружены у крокодила-кота. В статье, вышедшей в журнале Nature, ученые рапортуют, что ими были найдены аналоги клыков, малых и больших коренных зубов, таких, как у современных плотоядных млекопитающих. Кроме того, зубов было не так много. В общем, по всему выходит, что P. kapilimai мог разжевывать добычу, и его дифференцированные зубы обеспечивали ему вполне успешное существование. Среди прочих особенностей крокодила-кота палеонтологи также отмечают удивительно гибкий позвоночник и отсутствие жестких пластин на спине (чешуйками был покрыт лишь хвост древней рептилии). «Ноги P. kapilimai были длиннее и тоньше, чем у современных крокодилов. Кроме того, у крококота была более вертикальная стойка», – рассказывает Патрик. Еще одна причудливая черта P. kapilimai: ноздри рептилии находятся на кончике короткой и широкой морды и смотрят вперед. «Опять не как у крокодилов, которые проводят большинство времени, погрузившись в воду», – комментирует О'Коннор.

природа, космос, общество

Судя по всему, крокодилкот чурался воды и жил, а также охотился в основном на земле. При этом он был довольно ловким и проворным хищником. Однако Pakasuchus отчего-то все-таки вымерли, в то время как их собратья развились в современных крокодилов и аллигаторов. О'Коннор предполагает, что крококотов в конце концов вытеснили ранние млекопитающие. Что бы ни было причиной исчезновения P. kapilimai, сам факт их существования изме-

Челюсть крокодила-кота могла двигаться взад и вперед (показано на врезке). «У современных крокодилов челюсть скользить не может, сустав позволяет ей двигаться лишь вверх-вниз», – отмечает О`Коннор. Справа: сравнение размеров P. kapilimai и обыкновенного домашнего кота.

нил представление научного мира о том, какими могут быть отношения между совершенно разными группами животных.

У современных крокодилов ноздри направлены вверх. Такое положение позволяет водным хищникам дышать во время плавания. У P. kapilimai нос смотрит вперед, то есть выходит, что крококот передвигался в основном по суше.

Вероятно, теперь многим палеонтологам придется пересмотреть выводы своих работ. Ведь после нынешнего открытия нельзя быть до конца уве-

ренным, что древнее животное можно отнести к млекопитающим по одним лишь зубам. 2011 • январь

игра воображения

искусство, проекты, эксперименты

Символом Лондона станет орбита башни для Игр

Потрясающее произведение искусства, созданное одним из самых прославленных современных художников планеты, станет всемирно известным семейным аттракционом. Чтобы насладиться сногсшибательным видом, открывающимся с высоты смелой, красивой и великолепной скульптуры, к новой достопримечательности будут стремиться люди со всех уголков земного шара.

Башню рассчитывают достроить к декабрю 2011 года, ну, или чуть позже.

http://www.youtube.com/watch?v=aV_h2YUJCQw&feature

январь • 2011

Весь пафос – из официального сообщения. Столь высокопарными фразами изобилует пресс-релиз мэрии Лондона, посвященный крупнейшей скульптуре Великобритании, которую построят к предстоящим Олимпийским играм (London 2012). Увы-увы, предприятию «Облако» сбыться не суждено. По крайней мере в рамках Игр. Вместо него на высоту 115 метров взметнется похожая на завязанные гордиевым узлом «американские горки» гигантская стальная конструкция. Для британцев очень важно (они это особо подчеркивают), что башня получится аж на 22 метра выше Статуи Свободы. Служить сооружение будет «подставкой» для смотровой площадки. До этой «тарелки» посетители смогут добраться либо на лифте, либо по спиральной лестнице. Сверху обещают поразительный вид на 250 гектаров олимпийского парка и горизонт Лондона. Автор проекта – архитектурная звезда Аниш Капур (Anish Kapoor) – называет эту затею «делом своей жизни» и говорит, что «хотел передать ощущение нестабильности». Более – никаких пояснений, однако, как сообщает BBC, в дизайне конструкции зало-

искусство, проекты, эксперименты

Авторы проекта считают свое детище орбитой – «беспрерывным путешествием с самого начала до конца». Потому в названии башни есть слово Orbit. 2011 • январь

игра воображения жены все пять олимпийских колец. Строительство обойдется в 19,1 миллиона фунтов ($29 млн): 3,1 млн выделит Лондон, а остальные 16 млн дает ArcelorMittal, одна из крупнейших сталелитейных компаний в мире. Потому-

то и название башня получила соответствующее – ArcelorMittal Orbit. ArcelorMittal Orbit – не только не временное сооружение, а большой задел на будущее. Мэр Лондона Борис Джонсон (Boris Johnson) сказал, что целью проекта является потрясающее зрелище, которое признают во всем мире. А председатель оргкомитета Лондонской Олимпиады Себ Кой (Seb Коу) заявил: «Наши амбиции 94

январь • 2011

Техническую часть Капур (на фото вверху) прорабатывал в сотрудничестве с инженером Сесилом Балмондом (Cecil Balmond) и компанией Arup. Между прочим, Аниш и Сесил трудятся вместе не впервые – мы рассказывали об их головокружительном проекте «Гиганты долины Тиса».

искусство, проекты, эксперименты

Такой абстрактный символ – неожиданность, ведь ранее в качестве «ориентира выше Статуи Свободы» англичане выбирали вполне понятных 50-метровую белую лошадь и бронзового дракона на башне.

в проведении Игр просты и понятны. Мы хотим оставить крепкое наследие, в том числе преобразив пейзаж в

восточной части Лондона, в котором эта впечатляющая скульптура будет играть главную роль».

2011 • январь

интересно

Топ-15

Самые интересные роботы-животные

Дизайнеры, создающие роботов, немало внимания уделяют механике их движения – тому, как двигаются части тела, как функционирует каждый сустав – чтобы максимально точно передать динамику и обеспечить сходство с реальными объектами. Это касается в большой мере роботов-гуманоидов, создаваемых по подобию человека. А как быть с

механическими животными? Оказывается, такие роботы также существуют, успешно разрабатываются и даже получаются очень сложными и серьезно и качественно спроектированными машинами. Эта статья как раз и посвящается рассмотрению самых удивительных и красивых роботов-животных, существующих сегодня.

Первый экземпляр, как и многие другие в этом 1 списке, создан в стиле «стимпанк». Это детище дизайнера Эндрю Чейза (Andrew Chase), робот-гепард,

известный как Steampunk Cheetah. Данный робот 61 см в высоту, 127 см в длину (включая хвост), а весит он 18 кг. Это – одна из моделей для коллекции животных Timmy Underworld, создаваемой дизайнером. На создание рассматриваемого механизма ушло 50 часов в течение 10 недель, а состоит он из электропроводов, трансмиссий и стального каркаса толщиной 0,8 мм. Передвигается этот робот-гепард совсем как настоящий, и выглядит вполне устрашающе. Высота робота-слона – 12 м, а в ширину он – 8 м. Собран агрегат из 45 тонн термически обработанного дерева и переработанной стали. Механизм выглядит на удивление реалистично, он назван Great Elephant. В этом роботе даже предусмотрены места для 49 пассажиров. Во время движения он распыляет воду из хобота. Гигантский робот-слон мало с чем сравним, и 2 такое зрелище лучше увидеть один раз вживую, чем прочесть о нем или даже посмотреть на картин-

ках. Это часть художественного проекта «Машины острова Нант» (Machines of the Isle of Nantes), базирующегося в Нанте. Его цель – привлечь внимание к городу и создать в нем креативный метрополис. Дизайнеров-создателей проекта вдохновили произведения Жюля Верна (Jules Verne) и наработки Леонардо да Винчи (Leonardo Da Vinci). 96

январь • 2011

Еще одна разработка – кенгуру. Однако это не роДанное произведение искусства – еще только 3 бот, а красиво исполненная металлическая скуль- 5набросок, 3D дизайн робота-крысы от известноптура в Брисбене в Австралии. На изображении вид- го художника Бенджамина Перри (Benjamin Parry). но, что собрана эта копия одного из национальных достояний Австралии с большой точностью. Такие скульптуры созданы местным художником Кристофером Троттером (Christopher Trotter), который специализируется на работах из металлического лома. А в список роботов стальной кенгуру попал благодаря своей похожести на роботизированный механизм и той же стилистике стимпанка.

Следующий робот также похож на скульптуру, но 4 он способен вполне уверенно передвигаться и даже возить на себе человека. Это робот-тигр Shiva,

созданный бельгийским скульптором Kezanti в качестве арт-проекта, который оснащен четырехтактным двигателем мощностью в 50 лошадиных сил с системой водяного охлаждения и шестью передачами. Этот механический тигр, который также поражает детализацией внешнего вида и сильной схожестью с настоящим животным, способен развить скорость до 6 км/ч. И хотя это не так уж и много, Shiva ведь просто является скульптурой, которую можно оседлать. Кому в таком случае интересна скорость! Увидеть это чудо и, возможно, даже прокатиться на нем можно на улицах Брюгге.

Картинка действительно впечатляет, и было бы интересно увидеть, каким бы получился такой вот роботкрыса в действительности. Пришло время 6 рассмотреть и игрушек-роботов.

Один из них – поистине чудный экземпляр, который особенно понравится девочкам (если девочки любят роботов, конечно). Это Kitty the Tekno Kitten от американского производителя Manley Toy Quest. На самом деле, это прекрасный пример роботизированного домашнего питомца. На затылке у электронного котенка встроены три сенсора, подобные нервам, которые проходят по верхней части туловища. Благодаря этим сенсорам Kitty реагирует на касания: при поглаживании по спине котенок будет мурлыкать. Кроме этого данный робот способен проявлять немало эмоций. Когда его зовут, он смотрит вверх с любопытством, если он недоволен, то будет жалобно мяукать. В ожидании котенок-робот машет хвостом. Кроме этого, Kitty запрограммирован так, что будет засыпать несколько раз в день, а встроенные часы укажут, когда нужно ложиться спать вечером (для этого используются также и светочувствительные датчики). Встроенный микропроцессор позволит варьировать программы Kitty, а также «научить» устройство разговаривать, танцевать и петь песню, прыгать и даже считать до четырех. Габариты робота составляют 33 x 10 x 22 см. Забавную га7 зонокосилку, также позициони-

руемую как артпроект, представил Осман Хан (Osman Khan), профессор искусств из Университета КарнегиМелон (Carnegie Melon). Это Moe The Lawn Mowing Robot Sheep – робот-овечка, который еще и стрижет газон. Создатель сего милого робота, конечно, старался заключить в нем некий посыл, противопоставить парадигмы работы и подневольного труда, по 2011 • январь

интересно его собственным словам. Однако в итоге получился эстетичный, полезный в хозяйстве и просто симпатичный робот о шести ногах (видимо, для большей устойчивости). Конечно, эффективность его работы уступает бытовым газонокосилкам, но вместе с тем это занятный вариант косилки для любителей робототехники. Плюс ко всему, Moe не только стрижет газон, но и время от времени останавливается, блеет и даже «поет» известную американскую детскую песенку про Мери и ее маленького ягненка. Следующий агрегат называется RIBA и представ8 ляет собой робота-медбрата, оформленного в виде дружелюбного медведя. Он создан учеными

Института Физических и Химических Исследований (Japan’s Institute of Physical and Chemical Research,

Quest под названием Tekno the Robotic Puppy. Подобно котенку Kitty, описанному выше, щенок-робот Techno умеет многое, что умеют и живые собаки, и даже больше. С помощью встроенной программы его можно «научить» говорить и даже показывать трюки. Искусственный интеллект позволяет щенкам из серии Tekno реагировать на действия владельца и уровень оказываемой заботы и внимания. Встроенные же сенсоры обеспечивают способность видеть и слышать все, что происходит вокруг, реагировать, если кто-то пришел, и распознавать время суток. И снова о скуль10 птурах. Для создания своих на удивле-

RIKEN) в сотрудничестве с инженерами компании Tokai Rubber Industries в Японии. Предназначен этот механизм для помощи медсестрам в уходе за больными с ограниченными физическими возможностями. Так, RIBA способен поднимать с кровати или инвалидного кресла человека весом до 61 кг. Тактильные сенсоры, встроенные в руки RIBA, обеспечивают комфорт пациентам, и робот способен рассчитать силу и давление, чтобы не причинить человеку боль. Кроме этого все тело робота-медведя-медбрата покрыто искусственной кожей – для большего удобства людей, с телами которых он будет соприкасаться. Программа RIBA способна распознавать голоса и лица и реагировать на словесные команды. То есть, этот робот даже может узнавать медперсонал и отличать его представителей от пациентов. Встроенные сенсоры не позволят столкнуться с окружающими или препятствиями, а всенаправленные колеса дадут роботу возможность без проблем перемещаться даже в тесных помещениях. – еще одна вариация роботизи9Робот-щенок рованного домашнего любимца от Manley Toy 98

январь • 2011

ние красивых скульптур животных американская художница Энн Смит (Ann Smith) решила использовать мусор, точнее, найденные ею детали от разных механизмов. В итоге у нее получилась целая коллекция вполне красивых и похожих на настоящие, но все же с техническим налетом произведения искусства. Свои работы Энн демонстрирует на выставках в США и даже с успехом продает. Поскольку в будущем взаимодействие лю11 дей и роботов станет более интегрированным и тесным, сами машины должны быть легче,

мобильнее и безопаснее. Для таких целей ученые

разрабатывают механизмы с биомиметическими мускулами, точно копирующими человеческие. Пример механизма с такой искусственной мышечной системой под названием PMA («Пневматический мускульный привод») – робот-горилла, собранный в Технологическом институте Италии (Italian Institute of Technology). Робот-белка по име12 ни Rocky, созданный американскими исследова-

телями, используется в качестве «засланного казачка» для изучения поведения живых белок в дикой природе. Управляется механизм удаленно с помощью компьютерной программы. Поскольку встроенной камеры в Rocky нет, другому исследователю приходится следить за передвижениями роботизированной белки через бинокль. Однако благодаря встроенным динамикам этот механизм воспроизводит звуки, издаваемые настоящим белками – чтобы привлечь внимание других особей и вызвать их доверие.

Еще одна игрушка для современных детей, способная заменить консервативного плюшевого медвежонка – робот-панда от производителя WowWee, известного своими разработками для бытового использования. В комплекте с Robopanda поставляется и маленький плюшевый мишка-панда, с которым играет сам робот в автономном режиме. Управляется этот механизм с помощью прикосновений и голосовых команд, пульт ДУ не предусмотрен. Встроенная программа на базе искусственного интеллекта позволит Robopanda развлекать ребенка историями и песенками, ползать на четырех лапах, обучаться трюкам и всячески реагировать на действия окружающих.

Пример тому – роботизированная морская свинка Gupi от британских производителей. Это забавный маленький механизм, однако, оснащенный простой формой искусственного интеллекта. Благодаря этой особенности Gupi реагирует на окружающий мир, может пребывать в разных настроениях (в зависимости от уровня заботы владельца), способна реагировать на ласку и звуковые обращения. Встроенные камеры не позволят Gupi сталкиваться с предметами и людьми, а сенсоры дадут сигнал остановиться, если есть опасность упасть с высоты (стола или ступенек). Если маленький хозяин уделяет своей морской свинке-роботу мало внимания, она становится обиженной и прячется в темном углу, и напротив, радостно реагирует на призыв, если с ней ласковы и гладят ее, играют с ней. Также Gupi способна издавать до 30 разных звуков и даже показывать, что голодна – в таком случае ей нужно подать идущую в комплекте игрушечную морковку. Работает этот робот на батарейках, которые можно подзаряжать с помощью адаптера, предназначенного только для британских розеток. Подойдет этот усовершенствованный вариант Тамагочи детям от 4 лет. Последний роботизированный механизм – 15 робот-карп, который был представлен в лондонском Аквариуме в 2005 году и стал первой в мире

рыбой-роботом. Этот механизм способен автономно передвигаться и огибать препятствия благодаря встроенным сенсорам. 50-сантиметровый механический карп плавает в аквариуме с обычными рыбами и может развивать скорость, такую же, как и живой тунец. А ускоряется данный робот по тому же принципу, что и щука. То есть, разработку можно смело назвать роботом, собравшим в себе свойства разных живых рыб, причем, похоже, что это еще не предел совершенствования роботов-рыб.

роботов-питомцев могут быть 14Вариации очень разными – не только котята и щенки. 2011 • январь

открытие!

Читайте в следующем номере:

Антиводород впервые пойман в ловушку Выдающиеся для роботов результаты были достигнуты роботом Audi еще в конце сентября, но теперь стали известны подробности.

Автомобиль-

робот Audi

Исследователям удалось получить достаточно медленные (холодные) антиатомы, чтобы они на 0,1-0,2 секунды задержались в «магнитной бутылке»

создали кровь человека из его кожи Прорыв в клеточной терапии – клетки кожи человека удалось превратить в предшественников и зрелые клетки крови. В отличие от предшественников Батия и его команда сумели создать клетки крови из кожи без промежуточной стадии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-cells).

Урожай NASA Крылатые машины будущего А также Подписной

Ин декс

Люди Идеи Технологии

100 страниц

ря Покупайте c 15 янва на лотках прессы и вы узнаете, как это работает…

3Стои7мост8ь подп6иски4– 9.90 грн в месяц

По вопросам оптовых поставок журнала обращайтесь на e-mail: Valera@tnc.com.ua