Низкие температуры окружающей среды крайне негативно влияют на стабильное функционирование литий-ионных аккумуляторов. При преодолении минусового температурного порога емкость аккумуляторных батарей значительно снижается, а при падении температуры ниже -23 градусов по Цельсию литий-ионные батареи могут полностью перестать работать и вообще выйти из строя.
Чтобы справиться с подобным ограничением, исследовательская группа Пенсильванского университета придумала и внедрила методику автоподогрева литий-ионных источников питания, благодаря чему их теперь можно спокойно использовать в условиях Крайнего Севера и Южного полюса. Такие батареи крайне востребованы в самых различных областях, например, для сверхвысоких беспилотников или для аэрокосмической радиоэлектроники.
Сами же ученые считают, что наилучшее применение их разработка найдет в области построения электромобилей. Как известно, современные модели электрокаров не очень приспособлены к функционированию при минусовых температурах. Владельцы таких машин неоднократно заявляли о том, что в зимний период приходится гораздо чаще заряжать аккумулятор, а если машина долго стоит без движения, то есть риск полной разрядки батареи.
[caption id="attachment_1954" align="alignright" width="200"]
CHAO-YANG WANG PROFESSOR AND DIEFENDERFER CHAIR Mechanical and Nuclear Engineering, Mechanical Engineering, Chemical Engineering Professor of Materials Science and Engineering[/caption]
Действительно, сами производители отмечают, что в зимний период аккумулятор заряжается намного дольше, значительно понижается коэффициент возврата энергии при рекуперационном торможении и в среднем на 40% уменьшается длительность пробега электромобиля на одной зарядки. Поэтому создатели электрокаров выискивают различные методы, помогающие снизить влияние низких температур на литий-ионные батареи. Например, Ford для этого использовал систему подогрева антифриза и прокачивал его через ячейки элементов питания, чтобы поднять их температуру. Впрочем, эффективность таких действий оказалась низкой, особенно при значительном падении температуры окружающей среды.
Исследовательская группа из Пенсильвании придумала оригинальное решение для подогрева источников питания. Для этого конструкторы включили в состав аккумуляторной батареи слой никелевой фольги. Встроенный температурный датчик вариативно изменяет значение тока, текущиго через фольгу, и тем самым поддерживает температуру батареи в заданном диапазоне. Благодаря подобному решению удается избежать перемерзания источника питания. Если же необходимости подогревать батарею нет, то термодатчик полностью отключает подогрев и экономит заряд.
При проведении тестов встроенная нагревательная система повысила температуру литий-ионного источника питания с -20 до 0 по Цельсию за 20 секунд, а с -30 до 0 – за полминуты. На разогрев было потрачено примерно 3,8% и 5,5% от общего заряда источника питания. Конечно, такие цифры выглядят не очень экономичными, но по сравнению с 40% потерей энергоемкости аккумулятора без встроенного подогрева приведенные цифры расхода являются вполне обоснованными и приемлемыми.
Система подогрева сконструирована с использованием недорогих материалов и элементов, что практически не сказывается на конечной стоимости изготовления аккумуляторной батареи. Результирующий вес элемента питания возрастает на 1,5%, что при современных небольших размерах источников питания практически не играет роли. Поэтому в ближайшее время стоит ожидать в продаже новые элементы питания с функцией автоподогрева, которые можно будет гарантированно успешно использовать даже в условиях Крайнего Севера.
Источник: Аккумуляторы с автоподогревом смогут надежно работать даже в условиях Крайнего Севера
воскресенье, 10 апреля 2016 г.
Аккумуляторы с автоподогревом смогут надежно работать даже в условиях Крайнего Севера
суббота, 9 апреля 2016 г.
С помощью технологии Eternal 5D всю историю человечества можно бесконечно долго хранить на компактных носителях
Методы хранения информации совершенствуются из года в год стремительными темпами. Программы для первых компьютеров хранили на бумажных перфокартах, а емкость таких перфокарт исчислялась в байтах. На смену им пришли магнитные носители информации, объем доступного пространства которых характеризовался уже килобайтами и мегабайтами. Дальнейшее развитие компьютерных технологий позволило задействовать новые способы фиксирования данных, что привело к изобретению терабайтный хранителей информации. Но наука не стоит на месте, и такие объемы уже не являются предельно возможными величинами.
Новая революционная технология хранения данных была разработана коллективом ученых из исследовательского центра оптоэлектроники при Саутгемптонском университете. Данная методология, получившая название Eternal 5D, позволяет записывать данные с очень высокой плотностью и хранить их в течение практически бесконечного периода времени. Основным принципом новой технологии является оперирование с информацией в пяти измерениях при помощи фемтосекундного лазера, излучающего ультракороткие импульсы света.
Новый метод фиксирования информации обладает действительно уникальными характеристиками. Емкость одного оптического диска диаметром всего несколько сантиметров на текущий момент составляет 360 ТБ. Сам диск можно без какого-либо вреда кратковременно нагревать до 1000 градусов, а время гарантированного хранения данных при 190 градусов по Цельсию составляет более 13 миллиардов лет. При комнатной же температуре оптический диск с данными может сохранять свои возможности практически неограниченное время.
Основным инструментом для чтения и записи информации на диск является специальный фемтосекундый лазер, который мощными ультракороткими вспышками света производит все операции с диском. Каждая единица информации фиксируется на одном из трех слоев сложно структурированного стекла на основе кварца, отделенных друг от друга на расстояние в пять микрометров. Лазерные импульсы при записи изменяют оптическую проводимость структуры кварцевого стекла, из-за чего меняется поляризация пучка света и иные его характеристики, из-за которых технологию и назвали пятимерной. Считывание данных происходит с помощью оптической системы, включающей в себя возможности поляризационных фильтров и микроскопа.
Впервые подобным образом исследователи сумели записать информацию в 2013 году. Сохраненный текстовый файл был размером примерно в 300 КБ. Сейчас же на оптических дисках Eternal 5D целиком хранятся такие объемные материалы как Универсальная Декларация Прав Человека, ньютоновская «Оптика» и другие фундаментальные труды из истории и науки человечества.
Как считает Питер Казанский, руководитель научной группы, созданная ими технология позволит сохранить на оптических дисках для будущих поколений в целостности и сохранности неограниченное количество информации. И вполне возможно, что сбереженные таким образом данные будут последним свидетельством о существовании нашей цивилизации.
По мнению экспертов, новая технология Eternal 5D может оказать неоценимую услугу для сохранения данных тех организаций, которые имеют дело с большими массивами информации и значительными архивами. Например, различные библиотеки и музеи при помощи оптических дисков нового поколения смогут в крайне малом объеме сохранить все накопленные ими данные без каких-либо рисков повредить их в процессе хранения.
Исследовательская группа в настоящее время работает над поиском партнеров и финансирования для запуска технологии в массовое производство и для последующего развития новых методов записи и хранения данных.
Источник: С помощью технологии Eternal 5D всю историю человечества можно бесконечно долго хранить на компактных носителях
среда, 6 апреля 2016 г.
Напечатанные на 3D-принтере изделия из керамики способны выдерживать сверхвысокие температуры
Специалисты высоко ценят керамические материалы благодаря их уникальным свойствам. Так, керамика характеризуется большой прочностью и способна легко выдерживать высокие температуры без деформации или коррозии. Но в то же время придать необходимую форму изделиям из керамики довольно затруднительно по сравнению с продукцией, произведенной из металлических или пластмассовых материалов. Керамику в расплавленном состоянии практически невозможно отливать в формах, а уже застывшее изделие тяжело поддается любой механической обработке.
Приемлемым с данной точки зрения способом изготовления изделий из керамики является объемная печать, которая позволяет добиваться нужных форм путем послойного создания заданного образца. Но высокая температура плавления керамики значительно ограничивает возможности трехмерной печати. Существующие 3D-принтеры производят печать керамикой с крайне невысокой скоростью, а получившиеся изделия зачастую грешат пористостью и неоднородностью внутренней структуры из-за возможных колебаний температуры при застывании расплавленного материала.
Конструкторы из калифорнийской компании HRL Laboratories разработали новую технологию объемной печати продукции из керамики. Основным печатающим компонентом является специализированная многосоставная смола вместо привычной порошкообразной керамики. Благодаря использованию такого керамикосодержащего раствора на 3D-принтере удается напечатать изделия с однородной прочной структурой, легко выдерживающей высокотемпературные нагрузки.
Смолообразный материал для объемной печати в своем составе содержит соединения кремния с углеродом и водородом. Превращение в керамику отпечатанных изделий происходит при их высокотемпературной обработке ультрафиолетом. Скорость печати одного слоя изделия кремниевой смолой достигает 1-2,5 сантиметров за 30-60 секунд. При этом структура изделия получается решетчатой или сотообразной. Под воздействием ультрафиолетового излучения смола полимеризуется, а в ходе дальнейшей термообработки состав преобразуется в высококачественную керамику.
Изготовление керамических изделий по новой технологии ускоряет производство примерно в 1000 раз по сравнению с обычными методами объемной печати.Тщательное исследование полученных образцов показало отсутствие каких-либо микротрещин или полостей, способных уменьшить прочность готового изделия. Таким образом керамическая продукция, произведенная по новой методике, показала десятикратный прирост прочности по сравнению с традиционно отпечатанными изделиями. Также стоит отметить, что новые образцы легко выдерживают высокие температуры в 1700 градусов Цельсия без какого-либо повреждения своей внутренней структуры.
Разработчики новой технологии объемной печати керамикой видят применение изготовленных таким образом изделий в самых различных областях. Так, из подобной высокопрочной керамики можно будет изготавливать элементы реактивных двигателей, защитное покрытие для орбитальных ракетоносителей или воздушных атмосферных аппаратов, двигающихся на гиперзвуковых скоростях. Ну а применение смолообразных материалов для объемной нанопечати позволит изготавливать микроскопические элементы для миниатюрных и малоразмерных электронно-механических систем.
В то же время специалисты исследовательской группы не забывают и об изначальной хрупкости изделий из керамики. Следующей целью их работ является укрепление керамической продукции волокнами разных видов. По словам Тобиаса Шедлера, специалиста компании HRL Laboratories, пока что сложно прогнозировать, когда же именно они смогут изготовить подобные готовые образцы. Но в любом случае, компания намерена добиться успеха в своих начинаниях и создать новый вид композиционной керамики, способной справляться с самыми разными видами нагрузок и чрезвычайных условий.
Источник: Напечатанные на 3D-принтере изделия из керамики способны выдерживать сверхвысокие температуры
вторник, 5 апреля 2016 г.
Инженеры IBM научили дрон играть в пинг-понг
Один из исследовательских департаментов компании IBM занимается разработкой проекта по реагированию компьютерных систем на внешние быстро меняющиеся условия. В качестве подобных ситуаций можно привести в пример управление автомобилем, который на высокой скорости движется по достаточно загруженному шоссе. Для демонстрации возможностей данного проекта конструкторы корпорации научили мультикоптер играть в настольный теннис. Пока что дрон играет в пинг-понг сам с собой, но его результаты выглядят достаточно впечатляюще.
С помощью специальных алгоритмов распознавания движения объектов с использованием контроллера Kinect мультикоптер рассчитывает и выполняет свои действия. Специальный раздатчик запускает шарик, который дрон успешно отбивает практически во всех случаях. Чтобы избежать точного повторения своих действий, после каждого удара коптер сдвигается в сторону, и следующая подача распознается и отрабатывается как совершенно новая ситуация.
В качестве мультикоптера конструкторы задействовали дрон IRIS+ производства 3D Robotics. Преимуществом данной модели является наличие специального режима FollowMe. Такая возможность позволяет коптеру лететь за своим оператором и производить его видеосъемку с разных сторон. В мультикоптере есть интеллектуальная система слежения за стабильностью движения и компенсации местоположения при резких порывах ветра.
Также дрону можно задать сложную траекторию движения практически любой конфигурации, в ходе которой система слежения будет направлять камеру точно на цель независимо от своего местоположения. Коптер может летать вокруг объекта, делая круговую съемку, а встроенный модуль GPS позволяет более точно ориентироваться на местности.
Инженеры IBM создали дополнительную прошивку для мультикоптера, которая позволяет ему быстро реагировать на попадающие в фокус камеры движущиеся объекты и производить определенные действия в зависимости от поставленной задачи. Подобная интеллектуальная система может помочь не только успешно играть мультикоптеру в настольный теннис, но и реагировать в сложных быстро меняющихся условиях, например, вести автомобиль в плотном потоке или управлять быстрым полетом дрона в лесу.
Конечно, по степени реакции вновь созданной системе далеко до человека, но вполне вероятно, что в ближайшие пару лет инженеры научат коптер на равных играть в пинг-понг с живым партнером. Стоит отметить, что промышленные роботы уже умеют хорошо играть в настольный теннис, и один из них даже провел интересный матч с бывшим чемпионом по пинг-понгу Тимо Боллем.
Исследования и разработки по обучению искусственного интеллекта ведутся уже достаточно давно. Так, нейросети довольно неплохо могут распознавать изображения и описывать происходящее на них, что в будущем поможет как минимум искать нужные сцены в фильмах при помощи простого словесного описания. Также интеллектуальные системы умеют различать различные объекты, их форму и цвет. Автоматизированные системы распознают голосовые команды, умеют самостоятельно ориентироваться в ограниченном пространстве, понимают человеческие жесты и успешно используют их для общения. Поэтому вполне возможно, что в ближайшие десятилетия роботы из фантастических фильмов станут нашими повседневными помощниками.
Источник: Инженеры IBM научили дрон играть в пинг-понг
Сверхскоростная транспортная система Hyperloop выходит на этап пилотного тестирования
Но к такой идее Илона Маска многие отнеслись с изрядным скептицизмом, критикуя новую транспортную систему как слишком утопичную. Несмотря на подобное сопротивление, Маск сумел привлечь к проекту Hyperloop Technologies на позицию исполнительного директора бывшего президента компании Cisco Роба Ллойда. Кроме того, принять участие в проекте высказали желание ряд американских инженерных компаний, а профинансировать новую транспортную систему согласились такие венчурные фонды как Sherpa, Zhen Fund и Caspian VC Partners.
Первоначальную идею высокоскоростной транспортной системы Илон Маск описал в 2013 году в документе под названием «Гиперпетля». На 57 страницах изобретатель подробно описал концепцию проекта и предложил присылать свои идеи по усовершенствованию.
Работа системы Hyperloop основана на достаточно простых принципах. Основой системы выступает герметичная труба, в которой давление воздуха значительно снижено до уровня в одну тысячную от обычного, что позволяет уменьшить сопротивление воздуха при движении и увеличить скорость в среднем до 1200 км/ч. Оставшегося воздуха хватает для того, чтобы при перемещении транспортной кабины вокруг нее формировалась воздушная прослойка. Разгоняться капсула будет при помощи особого контактного рельса, установленного через равноудаленные промежутки.
Сама труба будет поднята над землей на специальных опорах. Поскольку в Калифорнии нередки землетрясения, удерживающие опоры предполагается оснастить специальными механизмами, которые помогут снизить негативное влияние колебаний земной поверхности и уберегут транспортную систему от разрушения. Электроэнергию для снабжения Hyperloop будет получать от системы солнечных батарей, мощности которых полностью хватит для нормального функционирования системы.
Согласно расчетам, пассажиры новой транспортной системы при движении будут испытывать незначительные нагрузки, равные ускорению свободного падения, что ниже, чем при взлете пассажирского самолета. Стоимость проезда из Лос-Анжелеса в Сан-Франциско предположительно составит $20, что позволит полностью окупить все расходы на строительство 600-километровой системы за 20 лет.
Несмотря на всю привлекательность идеи Hyperloop, критики заслуженно отмечают «узкие» места высокоскоростного транспорта нового типа. Не сомневаясь в теоретической возможности создания подобного вида транспорта, скептики считают стоимость создания и поддержки работоспособности Hyperloop слишком заниженной. Как отмечает Джон Хэнсмен, профессор космонавтики и воздухоплавания МТИ, главным вопросом остается рациональность создания подобной транспортной системы с позиции энергозатратности и экономики.
Также у скептиков возникают вопросы к невысокой обтекаемости транспортной кабины и вероятному перегреву ее носовой части при движении. Не до конца изучены возможные проблемы с вероятностным вращением кабины с пассажирами при движении. Другие специалисты считают, что диаметр герметичной трубы нужно увеличивать до 4,5 метров с текущих 2,23, что положительно скажется на стабильности работы всей системы.
Поскольку в проекте работает несколько инженерных команд, у каждой из них есть свой взгляд на окончательную реализацию Hyperloop. Они также вносят свои замечания в проект, стремясь улучшить первоначальную идею. Например, Hyperloop Transportation Technologies предлагает отказаться от воздушной прослойки и вместо нее использовать систему магнитов, от которых сам Илон Маск изначально решил отказаться. Инженеры Hyperloop Technologies в свою очередь отмечают, что мощности солнечных панелей вряд ли хватит для обеспечения системы энергией и предлагают использовать Hyperloop в первую очередь для перевозки грузов вместо пассажиров.
Но не смотря на все возникающие вопросы и сложности, работы над транспортной системой Hyperloop успешно продолжаются. Первые испытания прототипа планируется провести в ближайшее время, построив для этого экспериментальный участок 8-километровой длины. Необходимое финансирование в объеме $100 миллионов планируется привлечь после размещения акций компании на IPO.
Сам Илон Маск пока что дистанцируется от непосредственного участия в разработке Hyperloop, аргументируя такую позицию занятостью в космическом проекте Space X и автомобильном Tesla. Но, вероятнее всего, «Тони Старк» современности попросту выжидает, когда одна из инженерных групп совершит прорыв в своих работах, что позволит ему профинансировать наиболее успешный проект. Как бы там ни было, новая транспортная система обещает стать весьма интересным способом быстро и комфортно преодолевать огромные расстояния.
Источник: Сверхскоростная транспортная система Hyperloop выходит на этап пилотного тестирования