Раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, как водится, обширен и разнообразен.
«Российские учёные ищут новые материалы с помощью суперкомпьютера», пишет 31 мая www.nanonewsnet.ru. «В 1994 году видный кристаллограф-теоретик Анджело Гавеццоти написал научную статью под названием «Предсказуемы ли кристаллические структуры?», первым словом в которой было «нет». Новая работа российско-американских исследователей в очередной раз опровергает этот лаконичный пессимизм. Ранее ими уже был успешно создан метод эволюционного предсказания кристаллических структур USPEX, а новый подход сочетает его плюсы с преимуществами метадинамики, второго основного метода этой научной области…Точно предсказывать физические и химические свойства веществ по их составу – давняя мечта учёных всего мира. Однако еще 20 лет назад даже изучать структуру веществ можно было только экспериментально, а уж подбирать новые материалы с необходимыми свойствами до сих пор приходится лишь методом аккуратного перебора сотен различных вариантов. Работы по развитию компьютерных методов предсказания кристаллической структуры призваны упростить жизнь экспериментаторов.
Большой вклад в развитие этой научной области внесли и наши соотечественники – Андрей Ляхов и Артем Оганов, адъюнкт-профессор МГУ им. Ломоносова. В середине 2000-х они разработали свой метод эволюционного поиска USPEX, который до сих пор остаётся одним из самых эффективных в мире. На первый взгляд, предсказывать кристаллическую структуру очень просто. Есть химический состав и различные способы скомбинировать его элементы. Каждая комбинация характеризуется своей величиной свободной поверхностной энергии, а самая устойчивая – минимальной среди прочих энергией. Только число комбинаций подчас достигает колоссальных значений, и поэтому слепой их перебор невозможен. Поэтому в эволюционном методе перебор отталкивается от некой первичной структуры. Из неё получают сходные структуры, среди них отбирают самые выгодные и вновь повторяют эксперимент: размножают структуры, анализируют энергию, отбирают самые выгодные модификации. В методе же метадинамики ведётся анализ свободной поверхностной энергии как функции длины связей, торсионных углов и других кристаллических параметров. При этом в число уравнений, определяющих вид энергии, искусственно вводится переменный во времени потенциал, провоцирующий поиск новых минимумов в окрестностях уже известных устойчивых состояний. Часто этот локальный поиск ведётся при помощи решений уравнений движения, заменить которые в новом подходе призвана эволюция.
Работоспособность эволюционной метадинамики учёные проверили на нескольких модельных задачах. Первая из них, поиск трёх стабильных состояний на фазовой диаграмме минерала Al2SiO5, служит своеобразной лакмусовой бумажкой для каждого нового метода предсказания кристаллических структур. Так, например исследователи предварительно случайно сгенерировали 10 000 различных структур, соответствующих этому составу. И ни одна из них не совпала с реальностью, а с применением эволюционной метадинамики верные решения были найдены после нескольких десятков шагов поиска. Во второй задаче исследователи пытались получить структуру M-углерода, ещё одной модификации углерода наравне с привычными графитом, алмазами или фуллеренами. Экспериментально М-углерод, прозрачный и твёрдый материал, который получается из графита при давлении в миллион атмосфер, открыли еще в середине XX века. Однако его структуру впервые смогли определить именно с помощью метода USPEX, и новые вычисления удачно подтвердили старые выводы. Таким образом, метод эволюционной метадинамики отлично продемонстрировал свою работоспособность на этих двух примерах. При этом он также выгодно отличается от своих предшественников. Так, в отличие от эволюционного поиска для корректной работы ему не требуется хорошей начальной структуры, а на каждом этапе он даёт гораздо больше информации, чем обычная метадинамика. Так же как и раньше, предметом исследования остаются фазовые переходы и поиск устойчивых кристаллических структур при давлениях в нескольких ГПа (это характерные давления для земного ядра или многих космических объектов), но устойчивость и производительность метода вполне позволяют использовать его для поиска новых кристаллических материалов с желаемыми физическими свойствами. Вычисления для работы частично проведены на суперкомпьютерах Скиф-МГУ и межведомственного суперкомпьютерного центра РАН».
«Бетон с наночастицами сделает воздух чистым», утверждает 6 июня www.nanonewsnet.ru. «Ученые из Государственного университета Наварры создали покрытие из наночастиц, которое при облучении солнечным светом способно уничтожать загрязнение. Новый материал создан на основе наночастиц, которые взаимодействуют с солнечным светом и вызывают химические фотокаталитические реакции, уничтожающие некоторые загрязнители. В частности, в ходе экспериментов наблюдалось снижение загрязнения атмосферы оксидами азота на 90%, углеводородами на 80% и оксидами углерода на 75%. Более того, покрытие также может разлагать определенные химические соединения, на которых могут жить такие носители опасных инфекций, как бактерии и грибки.
Новое покрытие очень тонкое – менее микрона (миллионная часть метра) – и может наноситься на материал с практически любой формой поверхности. В настоящее время ученые разрабатывают специальную краску, содержащую наночастицы, с помощью которой можно наносить новое покрытие на самые разные материалы: от бетона и металла, до керамики. В отличие от большинства антибактериальных покрытий, изобретение испанских ученых со временем не теряет своих свойств. Новое неорганическое покрытие длительное время в ответ на облучение солнечным светом выделяет свободные радикалы, которые эффективно «атакуют» загрязняющие вещества, находящиеся в воздухе. По расчетам ученых, их покрытие будет недорогим в массовом производстве и сможет прослужить, например, на фасаде здания, от 20 до 30 лет. Покрытие из наночастиц может найти применение на экологически вредных производствах, в местах повышенного скопления вредных веществ, например, на оживленных улицах или автозаправках, а также в строительных и отделочных материалах».
«Лед тоже скользит: долой наледь» - называется заметка, размещенная 26 июня на www.popmech.ru. «Новое покрытие избавит металлические поверхности от снежной коркой и наледи. Представьте себе крыши, на которых никогда не нарастают опасные «сосули». Или никогда не обледеневающие ступеньки подземного перехода… Да, сферы, в которых подобная технология будет чрезвычайно полезной, даже перечислить трудно: это и холодильное оборудование, и лопасти ветряков, фюзеляжи самолетов и корпуса кораблей, строительные и дорожные металлоконструкции. Разработка гарвардских ученых из группы Джоанны Айзенберг (Joanna Aizenberg) пригодится всем. Как ни удивительно, но принципиально действие новинки базируется на основе известного «эффекта лотоса»: микроструктура лепестка у этого цветка делает его поверхность сверхгидрофобной (читайте: «Чистый от природы») и наделяет способностью к самоочищению. Непосредственно использовать такие структуры для защиты от наледи непрактично, поскольку при высокой влажности и холоде на них конденсируются микрочастицы льда, маскирующие структуру поверхности и лишающие ее необходимых свойств.
Чтобы препятствовать этому, ученые предложили существенно изменить подход. Созданная ими технология SLIPS позволяет в несколько этапов наносить на материал покрытие, имеющую сверхгладкую поверхность из жидкости, иммобилизованной на наноразмерных порах твердой основы. На такой поверхности равно скользят и жидкие, и твердые частицы, включая капли воды, конденсат, изморозь и наледь, не прилипая к ней и не задерживаясь. По уверению разработчиков, такая технология работает и при высокой влажности, и при большом давлении, нетоксично и обладает противокоррозионными свойствами. «Наши результаты показывают, что “противоледные” материалы на базе SLIPS способны полностью препятствовать образованию наледи при температурах немного ниже нуля, и существенно снижать ее при более глубокой заморозке», - говорит Джоанна Айзенберг».
«Наноалмазы помогут при стирке одежды», утверждает 27 июня www.nanonewsnet.ru. «Использование наноалмазов позволит удалять жир и при холодной стирке, что увеличит срок службы одежды. Британские специалисты из Уорикского университета совместно со своими коллегами из Школы инженерии и прикладных наук при Астонском университете нашли новое применение наноалмазам. Наноалмазы – это микрочастицы, диаметр которых в десятки тысяч раз меньше толщины человеческого волоса. Они состоят из атомов углерода, расположенных в форме кристаллической решетки, так же, как и в настоящем алмазе. Технология синтеза наноалмазов относительно проста, поэтому в последнее время ученые активно ищут им применение в различных областях человеческой деятельности, в особенности в биологии и медицине.
Авторы статьи предложили применять наноалмазы при стирке одежды. Они подсчитали, что некоторые предметы гардероба, в особенности белье, приходится стирать более 80 раз в год при высокой температуре (от 60 до 90 градусов). Только так с использовании обычных стиральных порошков с них можно удалить пятна жира. Однако частая стирка в горячей воде не способствует сохранности одежды. Ученые обнаружили, что с добавлением наноалмазов жир может отстирываться с одежды и при более низкой температуре. Так, если в обычное моющее средство добавить наноалмазы размером пять нанометров, то при температуре воды 25 градусов оно будет удалять в два раза больше жира, чем само по себе. «С добавлением наноалмазов трудновыводимые пятна жира растворяются даже при температуре в 15 градусов», – пояснил Андрю Марш, один из участников исследования. О том, является ли экономически целесообразным использовать наноалмазы при стирке, авторы статьи не сообщают».
«Ученым удалось придать сшитым полимерам пластичность», пишет 1 июня www.nnaonewsnet.ru. «Ученым удалось найти новый путь для придания пластичности сшитым полимерам, содержащим большое количество двойных связей, согласно статье в журнале Journal of the American Chemical Society. Это открытие может сделать ковалентносшитые полимеры значительно более универсальными, лёгкими в обработке и пригодными для утилизации. Важность сшитых полимеров для самых разных отраслей промышленности определяется их механической и тепловой стойкостью, а также устойчивостью к воздействию растворителей. Но эти замечательные материалы не обладают достаточной гибкостью, растворимостью и плавкостью, что резко затрудняет их обработку. Такие полимеры должны быть сразу же получены в нужной форме (что, конечно, совершенно неудобно), поскольку никакая повторная обработка такого пластика просто невозможна, в отличие, скажем, от термопластиков, которые можно обрабатывать снова и снова, подгоняя форму под конкретные нужды.
И вот теперь научная группа из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) под руководством Чжибинь Гуань предложила оригинальный подход к решению проблемы пластичности сшитых полимеров. Исследователи показали, что добавление прямо в структуру полимера специального катализатора, который способствует разрыву старых и образованию новых связей, может сделать его пластичным. В качестве примера авторы работы использовали образец сшитого полимера полибутадиена (ПБД) — коммерчески важного продукта, широко применяемого в качестве синтетической резины, — в структуру которого был внедрён рутениевый катализатор Граббса. Такой катализатор инициирует протекание реакции метатезиса олефинов, при которой происходит перераспределение заместителей при двойных связях соседних алкенов.
Несмотря на то что ПБД обладает определённой степенью эластичности в зависимости от степени сшивания, этот полимер непластичен. Но в присутствии в структуре полимера рутениевого катализатора двойные связи получают возможность проводить «свопинг», который позволяет снимать избыточное механическое напряжение при приложении внешней силы. Таким образом, становится возможным менять первоначальную форму полимера, сохраняя ту же степень сшивания и то же число двойных связей, как и у оригинальной формы. Единственное, что действительно изменяется, — это топология полимерной сети. Как и следовало ожидать, чем больше рутениевого катализатора добавлено к полимеру, тем более высокая степень пластичности может быть достигнута».
«В Петербурге изобрели способ наносить на ткань рисунки в 3D», сообщает 6 июня www.strf.ru. «Учёные из Петербурга, сотрудники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», изобрели 3D-ткань. В качестве преимущества новой ткани называют её способность скрыть недостатки фигуры и наоборот – возможность подчеркнуть достоинства. Также 3D-ткань поможет и в защите дизайнеров и покупателей от подделок. У каждого дизайнера может быть свой уникальный материал с неповторимым кодом плетения. Изобретение способно заинтересовать не только модников, но и военных. Университет намерен разработать 3D-экипировку для полевой маскировки.
Ранее эффект объёмного 3D-изображения применительно к тканям никогда не реализовывался, поскольку не была разработана технология получения таких изображений на столь сложной для этого основе, говорится в сообщении, опубликованном на сайте вуза. «Николай Сафьянников (доцент «ЛЭТИ», заслуженный изобретатель РФ) много экспериментировал, прежде чем пришло понимание, что проблема может быть решена путём особого –«диагонального» переплетения нитей, образующих ткань. Плюс к этому, на поверхности ткани создаются рельефные полосы различной ширины и различных направлений, которые особым образом периодически прерываются. Всё это, а также особенности глаза человека и приводит к тому, что зрительно такой рисунок воспринимается как объемный», – говорится в релизе «ЛЭТИ». Сафьянников разработал не только ткани, имеющие 3D-свойства, вместе с коллегами он добился получения тканей со скрытыми изображениями, токопроводящими элементами, а также со специальными информационными свойствами, отмечается в сообщении вуза. В настоящее время малым предприятием, базирующимся в технопарке «ЛЭТИ» и возглавляемым изобретателем, отлажен технологический процесс, позволяющий выпускать такие ткани серийно при относительно небольших затратах».
«Нанорепеллент: отталкивающая одежда», называется заметка, размещенная 15 июня на www.popmech.ru. «Технология NANOMOSKI позволяет наносить на ткань наночастицы противокомариного репеллента. Для большинства из нас комары представляются существами исключительно вредными и назойливыми, способными испортить летний отдых. В некоторых других странах они являются и разносчиками опасных заболеваний: достаточно вспомнить малярию, которой ежегодно заболевают сотни миллионов человек. Несмотря на десятки остроумных решений, включая «генетическое оружие», основным средством борьбы с этими кровопийцами остается химический репеллент, периодически разбрызгиваемый на кожу и одежду. И раз уж новейшие решения пока не получили массового распространения, хорошо было бы просто как-то оптимизировать использование репеллентов. Например, каким-то образом нанести репеллент на одежду, да так, чтобы он хорошо держался, был безопасен, действовал долго и эффективно.
Такие технологии существуют, хотя ни одна из них не выполняет идеально всех этих условий. Более удачным обещает стать новое решение, предложенное недавно португальской компанией Nanolabel: как можно понять из названия, речь пойдет о нанотехнологиях. В самом деле, технология NANOMOSKI позволяет покрыть поверхность волокон текстиля наночастицами диоксида кремния, поры которого становятся хранилищами нетоксичного репеллента, понемногу высвобождая его. Испытания, проведенные специалистами лиссабонского Института гигиены и тропической медицины, показали, что такая ткань отпугивает до 81% комаров, и не позволяет укусить до 89% из них. Для сравнения, использование диэтилтолуамида, вещества, являющегося основой некогда популярного репеллента ДЭТА, отпугивает лишь 40%, а не дает кусаться 65% комаров.
Название и состав столь эффективно действующего вещества Nanolabel держит в тайне – уверяя, впрочем, что оно широко используется более 30-ти лет, «доказало свою биосовместимость и отнесена Агентством защиты окружающей среды (ЕРА) к категории веществ с минимальной токсичностью. Что же до диоксида кремния – то это просто песок, дешевый, вездесущий и совершенно безопасный. При этом в технологии NANOMOSKI используются достаточно крупные его частицы, размерами более 100 нм, неспособные проникнуть сквозь кожу и причинить хоть какой-либо вред. Технология позволяет наносить их на ткань так, что они благополучно выдерживают до 90 стирок, хотя при этом и вымывается до 35% скрытого в порах репеллента. В любом случае, обещается, что 40 стирок такая ткань будет выдерживать с легкостью, не теряя своих «отталкивающих» свойств».
«Ноу-хау из США: самоотклеивающийся пластырь» описан в заметке от 9 июня на www.nanonewsnet.ru. «Суть уникального изобретения студентов и их научных руководителей из Университета Пенсильвании – саморазлагающееся крахмальное волокно. Оно создано при помощи нанотехнологий. Ученым сперва удалось найти вещество, с помощью которого крахмал растворили в воде. Затем методикой электроспиннинга из получившегося раствора они вытянули ультратонкие нановолокна. Оказалось, что полученное сырье можно сплести в бумагу или гигроскопический материал для раневых поверхностей – быстрорастворяющийся, экологически чистый и, в отличие от обыкновенной бумаги, не загрязняющий окружающую среду!
Преимущества такого пластыря очевидны: он позволяет проводить перевязки самых тяжелых и деликатных ран, не тревожа собственно раневую поверхность, не стимулируя образование рубцов и травматизацию. Напрашивающиеся области его применения: пластическая хирургия, кардиохирургия, неонатология, лечение ожогов и трофических язв. Правда, существует некоторый риск, что уникальный органический материал окажется не таким устойчивым к бактериальному заражению, как обычный пластырь, но, скорее всего, разработчики сумеют решить эту проблему. Кстати, аналогичный по воздействию растворяющийся нанопластырь, втрое ускоряющий заживление ран, разработан в России компанией «Русмарко». Вот только в мировых новостях об этом почему-то не было сказано ни слова.
Липкая панацея
История лейкопластыря началась в 1882 году в Гамбурге. Его изобрел германский химик Карл-Пауль Бойерсдорф. Именно он впервые испробовал на себе кусочек льняной ткани, который хорошо прилипал к коже за счет того, что ученый смешал каучук с сосновой смолой и добавил к этому липкому слою окись цинка – для лучшего заживления царапин. Уже через месяц наклейки в его аптеке шли на ура. Через год они стали использоваться по всей Европе. Сегодня такая вроде бы простая и привычная вещь, как медицинский пластырь, может иметь и не совсем обычное применение. Продолжая традиции средневековых врачей, современные медики все шире используют пластыри для профилактики и лечения самых разных заболеваний.
– Противозачаточный пластырь наклеивают на кожу в первый день менструации и меняют каждую неделю. Он выбрасывает в кровь дозы гормонов этинилэстрадиола и норелгестромина, препятствующие выработке пригодных для оплодотворения яйцеклеток. Контрацептивный эффект пластыря сравним с эффектом от противозачаточных таблеток.Аналогичный пластырь с гормоном эстрогеном используют при лечении женщин, страдающих от тяжелого климакса и последствий менопаузы. А пластырь с мужскими гормонами используют при нарушениях эрекции.
– С никотиновым пластырем знакомы, пожалуй, все бывшие курильщики. Он выбрасывает в кровь дозы никотина, достаточные, чтобы человек, бросающий пагубную привычку, не страдал от никотиновой «ломки».
– Обезболивающий пластырь с фентанилом используют в онкологии, особенно в хосписах. Он позволяет вводить обезболивающее трансдермально (через кожу) и не травмировать больного.
– Нитроглицериновый пластырь незаменим для тяжелых сердечников: он дает возможность купировать приступы и поддерживать постоянную концентрацию препарата в крови.
Австралийские ученые даже разработали пластырь для вакцинации: специальное покрытие не дает биоматериалу «утечь» в окружающую среду, а наночастицы доставляют вакцину по назначению. Они же ведут разработки по созданию «Святого Грааля» – безболезненного инъекционного пластыря, который заменил бы традиционные шприцы. – Достижение американских ученых из Стэнфорда – пластырь, препятствующий образованию келоидных рубцов. В его состав входят силиконовый полимер и супертонкие титановые листы. Вырезанный точно по форме раны, такой пластырь поддерживает ее края, препятствуя деформации и стягиванию кожи.
– Заживляющий нанопластырь, созданный медиками из Огайо, содержит биоактивные вещества, препятствующие размножению болезнетворных бактерий в ране.
– В кардиологической больнице Бостона разработан желатиновый пластырь… для сердца! «Заплатка» на сердечной мышце помогает восстановлению после инфаркта и стимулирует рост здоровых клеток органа.
Не все то пластырь, что липнет!
При этом следует знать, что не все то, что именуется «нанопластырями», в действительности ими является. Многие из лекарственных средств с таким названием, как и всевозможные наночастицы «для похудения», «для улучшения сексуальной функции», «возвращающие молодость», с «тибетскими травами», «кровью дракона» и прочими шарлатанскими снадобьями в лучшем случае бесполезны, а в худшем содержат не самые безопасные препараты, входящие трансдермально, т. е. через кожу. В китайских «таблетках для похудания» например, был обнаружен амфетамин. А что кладут в «нанопластыри», известно только их производителям. Будьте бдительны!»
Раздел ТРАНСПОРТ в июне опять вернулся к оптимальному объему.
«Механический выпрямитель» может покрыть до 8% энергопотребления гибридного автомобиля», утверждает 30 мая www.nanonesnet.ru. «На неровной дороге значительная часть энергии автомобиля уходит в бесполезное тепло, выделяемое амортизаторами. Ранние попытки использовать их энергию были слишком ломкими или слишком дорогими и сложными. Новое устройство регенерации механической энергии подошло к проблеме с другой стороны. Изобретатели из Университета штата Нью-Йорк в Стони-Брук (США) предложили новый вариант использования энергии раскачивания автомобиля на неровностях, сегодня уходящей в нагрев (и износ) амортизаторов.
Казалось бы, ничего сложного: шестерня передаёт вращение на коническую зубчатую передачу, которая крутит небольшой генератор. Однако столь просто преобразовать хаотичные колебания в периодические удалось впервые. Океанские волны, сотрясающие корабль, стыки рельс или дорожные ямы — все они передают на корпус транспортного средства серьёзные вибрации. Беда в том, что вибрации эти нерегулярные, уникальной интенсивности, да и приходят с разных сторон. На дорожных ямах машина всё время качается с разными интервалами, а любой преобразователь энергии, естественно, работает с разной эффективностью при разной частоте колебаний. Более того, сила ударов на крупных неровностях может вывести из строя сам рекуператор энергии раскачивания. Новый тип электромеханического рекуператора конвертирует нерегулярные колебания в регулярные, да ещё и направленные всегда в одну и ту же сторону.
Авторы сравнивают устройство с электрическим выпрямителем, преобразовывающим переменный ток в постоянный. По их расчётам, стандартная машина на ровной дороге вырабатывает раскачиванием (в зависимости от массы и жёсткости подвески) от 100 до 400 Вт. Смонтировав устройство на обычном Chevrolet Suburban, исследователи замерили выработку энергии в неспешном городском ритме и обнаружили, что при средней скорости в 24 км/ч каждый регенератор механических потерь, уходящих на раскачивание автомобиля, вырабатывает от 15 до 100 Вт (на машине их, ясное дело, четыре). Такая подпитка для обычной бензиновой машины сокращает расход топлива на 2% (без кондиционера и музыкального сопровождения) или на 4% (с ними), поскольку энергия, получаемая от раскачиваний на неровностях, может идти только на подпитку аккумулятора. В гибридных авто (они тоже испытывались), где электроэнергия может использоваться не только для прослушивания музыки и работы кондиционера, но и для вращения электромоторов, подпитка снизила потребление горючего в среднем на 8%. Такие же результаты теоретически должны быть и у электромобилей.
Самое же главное в том, что, преобразуя энергию колебаний всё время в одном направлении и придавая ей всегда одинаковую частоту, устройство полностью устраняет вероятность разрушения при большой шоковой нагрузке (попадание колесом в незакрытый люк), что впервые позволяет говорить о практичном с точки зрения живучести устройстве такого рода. На испытаниях прототипов удалось добиться преобразования 60–70% энергии раскачивания в электрическую, что весьма и весьма неплохо. По сути, это означает, что срок службы амортизаторов должен утроиться, ведь нагрузка на них тоже сократится втрое. Одно это должно наполовину «оплатить» устройство, ну а экономия топлива для обычной машины окупит рекуператор через 3–4 года для машины с ДВС и через 2–3 года для гибрида и электромобиля. Для автобусов и грузовиков из-за их радикально большей массы рекуператор вернёт свою стоимость через год–два.
Перспективы у изобретения есть и на железной дороге. Вибрация поездов может обеспечить энергией светофоры и барьеры на железнодорожных переездах. А ещё исследователи надеются, что их устройство пригодится американским войскам в Афганистане. Благодаря небезызвестной компании, близкой к семейству Бушей, тамошний литр бензина обходится военным в $110 (!), поэтому для среднего армейского грузовика в Кабуле окупаемость не превысит месяца. Ну а вдалеке разработчикам видится море: волны, сегодня бесполезно бьющие в борта кораблей, могут стать эффективным источником дополнительного энергоснабжения даже для крупных судов…»
«Полный обзор: зеркало Хикса» описывается в заметке от 14 июня на www.nanonewsnet.ru. «Американский математик рассчитал, а затем создал боковое зеркало для автомобилей, лишенное привычных всем водителям – и таких опасных «мертвых зон» обзора. На новинку уже получен патент. Обычное плоское боковое зеркало заднего вида не только не позволяет в точности оценить расстояние до идущих позади автомобилей, но и обладает исключительно узким полем обзора. Двигаясь чуть сзади и сбоку, другой автомобиль окажется в «мертвой зоне» и будет для водителя невидим. Если же зеркало просто изгибать, добиваясь расширения поля обзора, оно будет существенно искажать картинку и сделает объекты меньшими и более далекими, чем в действительности.
Зеркало, форму которого придумал и запатентовал профессор математики Эндрю Хикс (Andrew Hicks), имеет большое поле обзора и при этом показывает картинку с минимальными искажениями. Его обзор достигает 45О – в 2-3 раза больше существующих зеркал. Искажения же, возникающие из-за его необычной формы, практически незаметны для глаза: прямые линии так и остаются прямыми.
Рассказывая о своей разработке, Хикс поясняет: «Представьте, что поверхность зеркала составлена из множества мелких отражающих поверхностей, каждая из которых повернута под определенным просчитанным углом». Вместе они создают картинку с очень широким обзором и минимальными искажениями. Стоит, пожалуй, сказать, что изображение не выглядит рваным: зеркальца столь малы, что число их достигает десятков тысяч, и для глаза они практически незаметны.
В мае разработка уже получила официальный патент, однако внедрение столь полезной новинки сталкивается пока с бюрократическими сложностями. Дело в том, что по американским законам каждый автомобиль в серийном производстве должен иметь плоское зеркало заднего вида со стороны водителя. Со стороны пассажира оно может быть изогнутым, но тогда должно сопровождаться всем известной фразой – «Объекты, видимые в зеркале, ближе, чем они кажутся» (Objects in mirror are closer than they appear).
Из-за этих ограничений «зеркало Хикса» не может использоваться на автомобилях, продающихся в США, в ближайшее время – понадобится некоторый срок для того, чтобы официальные организации оценили и проверили новинку, а затем изменили правила. Есть, правда, возможность продавать такие зеркала в качестве опции, которую покупатель приобретает и устанавливает отдельно. Не проще ситуация и в большинстве других стран, строго определяющих возможности использования и форматы боковых зеркал автомобилей. Впрочем, это далеко не первый случай, когда бюрократия становится на пути технологических новинок. И нет причин считать, что на этот раз она станет серьезным препятствием».
«Спирт как топливо для лодки Марангони» обсуждается 18 июня на www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Финляндии и Израиля разработали небольшую автономную «лодку», которая приводится в движение летучим поверхностно-активным веществом. ПАВ изменяет поверхностное натяжение жидкости, на котором плавает эта «лодка», при этом создается градиент поверхностного натяжения, который толкает «лодку» вперед. Движение, вызванное градиентом поверхностного натяжения, называется движением Марангони (Marangoni propulsion). В природе такое движение используется небольшими организмами, например представителями небольших обитающих в воде насекомых рода Microvelia, которые с его помощью набирают скорость для того, чтобы ускользать от хищников.
Для искусственных систем эффект Марангони использовался для создания небольших «кафорных лодок» и «мыльных лодок»; однако эти системы за счет изменения поверхностного натяжения могут двигаться лишь недолгое время, или для увеличения эффективности, такие лодки должны быть заключены в каналы определенной формы. Для создания долговременной движущейся системы на основе эффекта Марангони исследователи под руководством Робина Раса (Robin Ras) из Университета Аалто сконструировали самодвижущуюся «лодку» из сверхлегкой мембраны, полученной из аэрогеля наноцеллюлозы. Мембрана непроницаема для воды (и неполярных систем), однако газообразные ПАВ могут проходить сквозь нее. В качестве топлива, приводящего в движение «лодку» исследователи использовали этанол. Этанол располагается в резервуаре на «корме лодки», по мере испарения этанол диффундирует через мембрану, понижая поверхностное натяжение воды «за кормой», в результате чего градиент поверхностного натяжения способствует поступательному движению лодки. Поскольку лодка не управляема, обычно она движется по кругу. После прохода лодки этанол на поверхности воды может испариться, в результате чего восстанавливается нормальное поверхностное натяжение воды, для модификации которого требуется лишь небольшое количество летучего ПАВ.
По словам Раса, «лодка» находилась в движении в течение 54 минут со скоростью 2 см/с, используя всего лишь 25 микролитров топлива, что, как говорят исследователи, является достаточно эффективным расходом. Для демонстрации того, что разработанная система может двигаться не только по поверхности воды, исследователи показали, что лодка Марангони точно также может двигаться и по поверхности пентана. Леннарт Пикулелл (Lennart Piculell), эксперт по физической химии из Университета Лунд (Швеция) говорит, что работа Раса является прекрасной иллюстрацией разумного подхода к наукам о материалах – для создания высокоэффективной самодвижущейся системы были скомбинированы инновационные материалы и фундаментальная информация о поверхностном натяжении. Пикулелл заявляет, что пока не видит непосредственной возможности применения новой системы, но простота концепции ее создания со временем поможет создать другие системы, которые смогут оказаться практически полезными».
«Электрический морской самолет FlyNano совершил свой первый полет», пишет 21 июня www.nanonewsnet.ru. «Одноместный самолет из углеродного волокна FlyNano, предназначенный для полетов над водой и позиционирующийся разработчиком в качестве «развлекательного флаера», недавно провел свой первый испытательный полет на озере Епари в Финляндии. Этот полет состоялся более чем через год с момента появления FlyNano на авиашоу Aero в г. Фридрихсхафен, Германии, в 2011 году. Ранее этот летательный аппарат представлял собой одноместный гибридный бензиново-электрический самолет-амфибию. Но теперь обновленный FlyNano, претерпев ключевые изменения в конструкции, является полностью электрическим.
Как заявляет разработчик, финская компания с таким же именем FlyNano, в новой конфигурации самолета были использованы новые двигатель, пропеллер, контроллер и аккумуляторы, чтобы сделать его еще мощнее, чем предыдущая модель. Крейсерская скорость самолета составляет около 140 км/ч. Руль управляется педалями. «Элевоны» (элероны плюс лифты) и дроссель управляются интуитивно с помощью рукоятки, расположенной с правой стороны. По словам разработчика, его электрический морской самолет практически бесшумен – вибрация трансмиссии минимизирована. FlyNano планирует начать производство и поставить первые 35 самолетов дилерам к концу 2013 года. На сайте компании указана цена производителя на самолет – 32000 евро, что эквивалентно 40 тысячам долларов США. Расходы на транспортировку и хранение рассчитываются дополнительно.
Как говорится в рекламном ролике на сайте, если пользователь имеет лицензию пилота, то он сможет сразу управлять самолетом без предварительной подготовки. Пользователям без опыта придется выучить простые правила безопасности воздушных перевозок. В соответствии со стандартами Европейской ассоциации по безопасности полетов, вес FlyNano ниже необходимого порога в 70 кг, а это значит, что национальные власти должны самостоятельно принимать решение о его классификации. Стоит отметить, что самолет FlyNano не имеет лобового стекла, но компания рекомендует пользователям надевать шлем или, по крайней мере, летные защитные очки и гидрокостюм, костюм для подводного плавания или аналогичную одежду».
«Новый минибеспилотник для спецназа взлетит с руки», пишет 31 мая www.nanonewsnet.ru. «Компания AeroVironment представила оригинальный БПЛА Wasp AE, специально разработанный для подразделений спецназначения и способный приземляться на любую поверхность. Легко разбираемый на несколько частей Wasp AE весит всего 1,3 кг и может запускаться с руки, а затем приземляться на сушу или воду. Беспилотник оснащен чрезвычайно компактной и легкой оптической системой Mantis I22 на карданном подвесе. Миниатюрная система Mantis весит всего 275 грамм, но тем не менее обеспечивает качественную картинку в видимом и инфракрасном диапазонах. При этом Wasp AE способен оставаться в воздухе в течение 50 минут и разгоняться до скорости 83 км/ч. Радиус действия БПЛА составляет 5 км, а рабочая высота полета – 152 метра.
Беспилотный летательный аппарат Wasp AE включен в программу ВВС США по закупке миниатюрных БПЛА. Компания AeroVironment ожидает получить за поставку беспилотников Wasp AE почти 2,5 млн долл. Wasp AE представляет собой дальнейшее развитие БПЛА Wasp, который принят на вооружение спецподразделений морской пехоты США. Новый БПЛА совместим с цифровыми станциями управления от распространенных беспилотников Puma, Raven, Shrike VTOL. Wasp AE способен вести шифрованную связь вне прямой видимости, а также передавать видео, звук и осуществлять ретрансляцию данных. Надо отметить, что у компании AeroVironment есть еще более миниатюрный БПЛА Wasp III весом всего 430 грамм, который способен развивать скорость до 55 км/ч и оставаться в воздухе около 45 минут на высоте до 300 м. Он действует в радиусе прямой видимости на расстоянии до 5 км и позволяет, например, эффективно применять оружие для навесной стрельбы, вроде автоматического гранатомета или миномета».
«Новый российский беспилотник умеет то, что остальным не под силу», утверждает 9 июня www.nanonewsnet.ru. «Сотрудники Центрального аэрогидродинамического института разработали новую модель беспилотника. Этот аппарат летает по несвойственным обычному самолету правилам. Взлетает совершенно вертикально, садится без полосы. Такие характеристики существенно расширяют потенциал его использования. Ни крыльев, ни хвоста, ни фюзеляжа — это изобретение имеет мало сходств с привычным летательным аппаратом. Разработка напоминает летающий вентилятор: из деталей только двигатель, винт и направляющие лопасти. Это новый беспилотник. Он умеет то, что остальным не под силу: взлетать вертикально вверх, перемещаться внутри зданий и садиться без посадочной полосы. «Такая схема имеет много преимуществ по сравнению с классической самолетной и вертолетной. То есть вентилятор находится в кольце. Это и позволяет ему летать в условиях пересеченной местности, вблизи зданий, внутри зданий», — поясняет инженер вентляторной лаборатории ЦАГИ
Шар в носовой части — это грузовой отсек. За ним электродвигатель и винт, а дальше — спрямляющий аппарат. Он гасит вихрь воздуха за рабочим колесом. Движением управляют закрылки. За счет необычной архитектуры беспилотнику не нужно пусковое устройство. А летать может даже в городе — он умеет зависать на месте и огибать препятствия. «Он может автономно летать. Соответственно, может иметь алгоритм управления зашитый: летать по программе по заданному маршруту. Либо можно переходить в режим ручного управления», — перечисляет все возможности полетных заданий для нового российского дрона начальник отдела внутренней аэродинамики авиационных и промышленных систем МК ЦАГИ Виктор Митрофович. Прежде чем приступить к пробным полетам, беспилотник испытывают в аэродинамической трубе. Скорость воздуха здесь 130 километров в час. Аппарат прикрепляют к аэродинамическим весам. Так можно измерить вектор силы, чтобы потом рассчитать траекторию. Одна из моделей создана специально для испытаний. Данные поступают на компьютер, и на их основе строят алгоритм управления.
Сейчас инженеры ЦАГИ моделируют взлет — только земля не внизу, а вверху. «Сверху у нас экран имеется. Можно его поднимать-опускать, а мы будем смотреть взаимодействие с экраном, как в реальном полете с различными зданиями», — показывает испытательный стенд инженер вентиляторной лаборатории ЦАГИ Дмитрий Шаров. Разработкой уже заинтересовалось МЧС. Но применений у нее гораздо больше, чем обычная разведка. Беспилотник может вести съемку и перемещать грузы, патрулировать здания и городские улицы. Размеры тоже могут быть любыми — от 15 сантиметров до двух метров. Впереди — испытания на полигоне».
«Мягкая посадка: замедлитель сверхзвука» описан 19 июня на www.nanonewsnet.ru. «Пока что высадить действительно крупного робота или пилотируемую экспедицию на Марсе не представляется возможным: парашютам слишком уж сложно затормозить в разреженной атмосфере планеты. Для этой цели приходится разрабатывать новую систему посадки. Планируя отправку на Марс все более сложных автоматов – а в некотором будущем и пилотируемых экспедиций – придется задуматься о том, как же они будут совершать мягкую и безопасную посадку. Пока что для этой цели используют старые добрые парашютные системы, но для посадки действительно крупных и тяжелых грузов, которые надо затормозить со сверхзвуковых скоростей в разреженной атмосфере Красной планеты, они недостаточно надежны – даже с учетом использования посадочных двигателей и смягчающих удар надувных подушек.
Иначе говоря, даже если мы соберем-таки международную пилотируемую экспедицию на Марс, возможности высадиться на Красной планете у нее не будет. Поэтому в NASA полным ходом идет разработка новой технологии посадки – проекта «Сверхзвуковой замедлитель для условий низкой плотности» (Low Density Supersonic Decelerator, LDSD). Уже в ближайшее время должны состояться испытания системы при сбрасывании груза с высоты земной стратосферы. Система включает три ключевых компонента, два из которых – надувные замедлители, представляющие собой внушительных размеров аэродинамические щиты, шести- или девятиметровые баллоны, трение которых даже о разреженный марсианский воздух позволит затормозить зонд со скорости около 3,5 Маха до примерно 2 Маха. Лишь затем в работу включится третий компонент – 33-метровый парашют, который должен обеспечить замедление уже до скоростей ниже звуковых. Все три элемента станут едва ли не самыми крупными, какие когда-либо использовались.
Расчеты показывают, что система LDSD позволит увеличить полезную нагрузку, которую мы способны безопасно спустить на поверхность Марса, от текущих 1,5 т до 2-3 т, в зависимости от размеров надувных баллонов. Увеличится и высота, с которой можно начинать посадку – до 2-3 км – что сделает доступными для изучения новые регионы планеты. Возрастет и точность посадки, с нынешних 10 км до 3 км. Все это – ключевые моменты для планирования сколько-нибудь сложных автоматических или пилотируемых миссий на Марс. Наземные испытания отдельных компонентов системы уже состоялись и признаны успешными... В ходе предстоящих испытаний в 2012-2013 гг. для проверки работы всех компонентов системы она будет тестироваться в стратосфере Земли, плотность которой приближается к плотности атмосферы Марса. На самой же Красной планете, как надеются разработчики LDSD, их система сможет использоваться уже начиная с 2018 г. Ну а пока ближайшая запланированная посадка на Марс – зонд MSL / Curiosity, который должен спуститься уже в нынешнем году – пройдет по старинке, на обычной парашютной системе».
