Наиболее тонкими из известных науке материалов на сегодняшний момент являются графен и другие аналогичные вещества, толщина которых в поперечнике равна одному атому. Казалось бы, эти субстанции являются отличным исходным веществом для создания супертонких изделий. Но преимущества одноатомных материалов оборачиваются в их недостатки, поскольку они попросту не способны из-за своей малой толщины удерживать форму и стремятся свернуться подобно тонкому листу бумаги. Чтобы решить подобное затруднение и сохранить исходные свойства сверхтонких субстанций, графеноподобные материалы наносят на специальные подложки, которые помогают удерживать заданную форму неизменной.
Экспериментально-исследовательская группа из университета Пенсильвании создала специальный подложечный материал, который хорошо подходит для удержания на своей поверхности одноатомных материалов, обладает малой толщиной,высокой прочностью и надежно сохраняет первоначально заданную конфигурацию изделия. К тому же новый материал хорошо выдерживает внешние нагрузки и деформации, и способен самостоятельно восстанавливать изначально заданную форму.
Для изготовления подложечного материала за основу исследователи взяли оксид алюминия. Пленки материала выращивали послойно, постепенно наращивая их толщину. При достижении поперечного размера более 25 нанометров материал начал обретать очень высокую прочность. Для конструкционного увеличенияпрочности подложки ее изготавливали не в виде сплошных пластин, а специальным образом формировали сотоподобную конфигурацию. В результате получившаяся подложка площадью один квадратный метр при толщине от 25 до 100 нанометров по весу не превышает 100 миллиграмм.
По словам Игоря Баргатина, одного из ведущих специалистов исследовательской группы, они ожидали, что новый подложечный материал будет очень легко ломаться, поскольку оксид алюминия по сути является керамикой с высокой хрупкостью. Но изготовленный ими сотообразный материал оказался весьма прочным, хорошо выдерживал различные виды нагрузочных деформаций и даже восстанавливал свою исходную форму после снятия нагрузок. Новый материал по своим характеристикам больше напоминал эластичный пластик, а не хрупкую керамику. Подобные свойства материала оказались настоящей неожиданностью и для самих изобретателей.
Применение подобной упругой подложки позволит задействовать ее в самых разных областях и обойти массу ограничений, возникавших при использовании более традиционных материалов с низкой устойчивостью к нагрузкам. Не стоит забывать и о сотовидной структуре материала, благодаря чему подложка значительно лучше выдерживает нагрузки и справляется с микротрещинами. В случае возникновения повреждений в структуре материала трещина, как правило, не выходит за пределы одной соты, что значительно увеличивает общую износоустойчивость подложки.
Конструкторы видят применение своего нового материала не только в качестве подложки для сверхтонких одноатомных материалов. Исследователи уверены, что новый сотоподобный материал найдет свое применение в авиатехнике, ракетостроительстве, робототехнике и многих других сферах деятельности, где крайне важно использовать прочные тонкие материалы с минимальным весом.
Одни из самых тонких природных материалов, например, крылья у летающих насекомых,в толщину составляют несколько микрон. Благодаря своему клеточному строению их толщина попросту не может быть меньше. По словам Игоря Баргатина, до этого искусственные крылья с наименьшей толщиной в полмикрона изготавливались из майларовой пленки, растянутой на специальном каркасе. Если же создавать крылья для роботов-насекомых из нового сотового материала, то их толщина будет на порядок тоньше и легче майларовых, а для их изготовления не нужны дополнительные каркасные конструкции.
Источник: Сверхлегкий и супертонкий материал из керамики напоминает упругий пластик
воскресенье, 29 мая 2016 г.
Сверхлегкий и супертонкий материал из керамики напоминает упругий пластик
четверг, 26 мая 2016 г.
В Швейцарии грузы будут доставлять автоматизированной подземной системой
Стремительное увеличение численности городского населения, улучшение качества жизни и значительный рост доходов в ближайшие десятилетия может привести к тому, что городские транспортные инфраструктуры попросту не будут справляться с автомобильным трафиком. Уже сейчас многие мегаполисы испытывают регулярные трудности с перегруженностью городских автомагистралей, а в городах-миллиониках пробки и тянучки на дорогах в ночное время становятся привычным явлением.
В мегаполисах с продуманной политикой развития инфраструктуры специально под перспективу роста города выстраивают автомобильные магистрали, учитывая при этом и планируемый прирост населения. Но даже специально вводимые ограничения на количество автомобилей в центральных районах города могут не справиться с потребностями мегаполиса. Да и на строительство новых дорог тоже далеко не всегда можно найти необходимые участки земли. Поэтому решение транспортной проблемы, предложенное швейцарскими специалистами, вполне может стать выходом из сложившейся ситуации.
Значительную долю в загруженность городских дорог вносят грузовые перевозки товаров. Так, согласно прогнозам, на ближайшие 15 лет в Швейцарии объем таких перевозок возрастет на 45%. Чтобы снизить нагрузку на автодороги, грузоперевозки можно переложить на железную дорогу. Но и она вряд ли сможет кардинально решить задачу логистики грузов, ведь ее пропускная емкость имеет ограниченный объем. Поэтому проект транспортной системы, расположенной под землей и функционирующей с помощью автоматизированных платформ, заслуживает пристального внимания.
Компания Cargo Sous Terrain, расположенная в Цюрихе, представила подробный план подобной логистической системы. Для этого на первом этапе специалисты компании предлагают построить тоннель диаметром 6 метров и протяженностью порядка 70 километров. Глубина залегания тоннеля составит 50 метров. Такая транспортная система сможет связать Цюрих и логистические центры, размещенные в Берне. На поверхности тоннели будут обслуживаться 4 станциями, в которых и будут производиться все погрузочно-разгрузочные работы. На следующих этапах развития планируется включить в данную транспортную схему Люцерн и Женеву. Предварительная стоимость проекта составляет 3,4 миллиарда долларов.
Для перемещения внутри туннелей предполагается создать 3 независимых линии движения. По ним со скоростью 30 км/ч будут двигаться специальные автоматизированные платформы. Вдоль транспортных линий будут проложены системы беспроводной передачи энергии, которые за счет индукционных токов будут запитывать роботизированные платформы. Верхний ярус туннеля конструкторы оснастят монорельсом, по которому грузовые контейнеры будут передвигаться со скоростью 60 км/ч. Для электропитания всей транспортной системы разработчики намерены оснастить крыши наземных станций солнечными панелями, минимизировав тем самым потребность в дополнительных источниках энергии.
Использование множества небольших транспортных платформ по мнению разработчиков несет в себе ряд преимуществ. Скорость формирования и отправки грузов возрастает, а у клиентов снижается потребность в объеме складских помещений, ведь необходимый товар будет доставляться мелкими партиями точно в срок. Есть в разворачивании подобной транспортной системы прямые выгоды и для населения городов, ведь с улиц пропадут большегрузные автомобили, вносящие изрядную долю хаоса в повседневную жизнь.
Чтобы начать работать над проектом, компании Cargo Sous Terrain необходимо сначала найти инвесторов и убедить их профинансировать строительство. Возможно, муниципалитеты городов как наиболее заинтересованная сторона примут участие в инвестировании проекта. Ориентировочный срок запуска автоматизированной транспортной системы намечен на 2030 год.
Источник: В Швейцарии грузы будут доставлять автоматизированной подземной системой
понедельник, 23 мая 2016 г.
Инженеры взломали систему ориентирования беспилотных автомобилей
Беспилотные автомобили, самостоятельно перемещающиеся по улицам, через пару десятков лет несомненно станут обыденным явлением нашей жизни. Уже сейчас такие автомобили все чаще выезжают на дороги, демонстрируя при этом довольно высокий уровень безопасности для всех участников дорожного движения.
Но любое программное обеспечение несовершенно, и чем оно сложнее, тем больше в ней потенциальных «дыр» и возможностей для проникновения. Эту аксиому в очередной раз подтвердил сотрудник компании Security Innovation Джонатан Петит, один из ведущих исследователей в области безопасности программного обеспечения. Система лазерного сканирования LIDAR, которой оснащают подавляющее количество беспилотных автомобилей, оказалась подвержена угрозе взлома извне.
Система LIDAR отвечает за сканирование окружающего пространства и служит для обнаружения различных препятствий на пути следования автомобиля, таких как неподвижные объекты, другие машины, велосипедисты и пешеходы. Джонатан Петит в ходе своих исследований неожиданно обнаружил, что с помощью дешевенького устройства ценой около 60 долларов можно взломать эту дорогущую систему ориентирования беспилотного автомобиля и заставить ее видеть на дороге несуществующих участников движения и различные помехи в транспортном потоке.
По словам инженера, с помощью нехитрых манипуляций ему удается воспроизвести отраженный лазерный сигнал несуществующего автомобиля и поместить его в любую точку пространства вокруг машины-робота. То же самое можно с легкостью проделать с виртуальными пешеходами, велосипедистами, да и просто с дорожным ограждением.
В ходе своих экспериментов конструкторы смогли смоделировать ситуацию, когда автомобиль со всех сторон окружают несуществующие машины и пассажиры. В результате беспилотный автомобиль был вынужден полностью прекратить свое движение, хотя реальных причин для остановки у системы ориентирования в пространстве не было. Используя обнаруженную уязвимость, злоумышленники потенциально могут воздействовать на машину во время движения, заставив ее снижать скорость или вообще применять экстренное торможение, что может быть чревато для пассажиров и окружающих.
По словам Петита, созданный ими прибор по сути является лазерной указкой с простым вычислительным блоком, который можно собрать на основе тех же Arduino или Raspberry Pi. Система сканирования автомобиля делает выводы на основе полученной извне информации, что позволяет злоумышленникам серией последовательных образов заставить автомобиль действовать нужным им образом.
В своих исследованиях Джонатан Петит воспроизводил серию лазерных импульсов, поддерживаемых системой IBEO Lux, одной из наиболее популярных на рынке. Воспринимаемые системой импульсы не могут как-то кодироваться или зашифровываться из-за физических принципов работы лазеров, благодаря чему появляется возможность обманывать систему. Основной сложностью при передаче ложных образов была синхронизация наведенных внешних образов с приемниками системы сканирования автомобиля. В случае успешного решения этой задачи удавалось заставить беспилотный автомобиль видеть несуществующие объекты на дороге.
Работает такое устройство на дистанции от 20 до 350 метров и в настоящее время может вводить в заблуждение только системы ориентирования IBEO Lux. Но, по мнению Петита, разработчики других систем уделяли мало внимания подобной уязвимости, и при желании можно сконструировать подобные приборы-обманки и для остальных систем ориентирования автомобилей.
Обнародование обнаруженной уязвимости вынудило некоторых разработчиков внимательнейшим образом отнестись к подобным угрозам. По мнению Карла Иэгнемма, занимающегося вопросами беспилотного пилотирования машин в Массачусетском технологическом институте, справиться с подобной проблемой теоретически не составляет труда. Для этого необходимо сверять данные от различных датчиков и отсеивать нерелевантные данные, которые не воспринимаются другими системами сканирования, например, радио- или ультразвуковыми датчиками.
Как бы то ни было, подобные угрозы для обмана беспилотных автомобилей существуют и потенциально представляют значительную угрозу для всех участников движения. Поэтому создателям робомобилей придется тщательно потрудиться, чтобы обеспечить максимальную безопасность при использовании их машин.
Источник: Инженеры взломали систему ориентирования беспилотных автомобилей