Край Будущего

Инженеры Чжэцзянского университета, расположенного на востоке Китая, достигли значительного успеха в области робототехники, установив новый рекорд Гиннесса для четвероногих роботов в забеге на 100 метров. Их робот, названный «Белый носорог», преодолел дистанцию за впечатляющее время 16,33 секунды, тем самым побив предыдущее мировое достижение, установленное южнокорейским роботом Hound, которое составило 19,87 секунды.

Разработка робота «Белый носорог» стала результатом совместной работы инженеров Чжэцзянского университета, специалистов Школы аэронавтики и астронавтики, а также Глобального научно-технологического инновационного центра в Ханчжоу. Этот проект объединил усилия ученых и инженеров, стремящихся создать высокоэффективное и быстрое роботизированное устройство, способное выполнять сложные задачи.

Рекордный забег был проведен на испытательном полигоне в Ханчжоу, столице провинции Чжэцзян. В ходе испытаний команда инженеров тщательно контролировала все параметры, чтобы обеспечить максимальную производительность робота. Результаты показали, что «Белый носорог» не только быстро передвигается, но и демонстрирует отличную стабильность и координацию движений, что является важным аспектом для четвероногих роботов.

Сравнение с человеческим рекордом в беге на 100 метров, установленным Усэйном Болтом в 2009 году на чемпионате мира в Берлине с результатом 9,58 секунды, подчеркивает, насколько далеко продвинулась робототехника. Хотя «Белый носорог» еще не достиг уровня человеческой скорости, его успех в установлении рекорда демонстрирует потенциал технологий и инноваций в области робототехники.

Данный рекорд также открывает новые перспективы для использования четвероногих роботов в различных сферах, включая спасательные операции, исследование труднодоступных мест и даже в сфере развлечений. Инженеры Чжэцзянского университета планируют продолжать улучшать своего робота, исследуя новые технологии и подходы, которые могут увеличить его скорость и функциональность.

Международная команда астрономов, использующая аппарат NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), бросила вызов нашему пониманию процессов, происходящих с материей вблизи черной дыры.

С помощью IXPE астрономы изучают поступающие рентгеновские лучи и измеряют поляризацию — свойство света, описывающее направление его электрического поля. Степень поляризации показывает, насколько колебания согласованы друг с другом, что позволяет ученым определять местоположение короны — области горячей, намагниченной плазмы вокруг черной дыры, и механизм генерации рентгеновских лучей.

В апреле астрономы измерили степень поляризации черной дыры IGR J17091-3624 в 9,1%, что значительно выше ожидаемого на основе теоретических моделей. "Это необычный источник, который то тускнеет, то становится ярче, и IXPE позволил нам изучить его по-новому", отметила Мелисса Юинг из Университета Ньюкасла, возглавившая исследование.

В рентгеновских двойных системах черная дыра притягивает вещество из соседней звезды, формируя аккреционный диск. Корона в этом диске может достигать температур до 1,8 миллиарда градусов по Фаренгейту и излучать яркие рентгеновские лучи. Несмотря на яркость короны IGR J17091-3624, находящейся на расстоянии 28 000 световых лет от Земли, астрономы не могут получить ее изображение.

"Высокая степень поляризации обычно соответствует четкому обзору короны", — сказал Джорджио Матт из Университета Рома-Тре. "Необходимы дальнейшие исследования, чтобы объяснить характер затемнения, что может помочь в понимании этой категории черных дыр".

Звездный спутник черной дыры недостаточно яркий для определения угла обзора системы, но необычные изменения яркости, наблюдаемые IXPE, предполагают, что край аккреционного диска обращен к Земле.

Исследователи рассмотрели несколько моделей объяснения высокой степени поляризации. Одна из них предполагает "ветер" из вещества, поднятого аккреционным диском и унесенного прочь, что может привести к комптоновскому рассеянию рентгеновских лучей. "Эти ветры важны для понимания роста черных дыр", отметил Максим Парра из Университета Эхимэ.

Другая модель предполагает, что плазма в короне излучается с релятивистскими скоростями, усиливающими наблюдаемую поляризацию. Исследователи продолжат моделирование и проверку прогнозов, чтобы лучше понять высокую степень поляризации для будущих исследований.

Впервые в истории науки южнокорейские ученые представили экспериментальное доказательство концепции "многомасштабной связи" в плазме, что означает, что взаимодействия между явлениями на микроскопическом и макроскопическом уровнях взаимно влияют друг на друга. Эти результаты могут существенно продвинуть исследования в области ядерного синтеза и углубить наше понимание Вселенной.

Плазма, часто называемая четвертым состоянием вещества, отличается от твердых, жидких и газообразных состояний. Это уникальное состояние образуется, когда газ нагревается до высоких температур, в результате чего электроны отделяются от атомов, образуя смесь свободно плавающих положительно и отрицательно заряженных частиц. Плазма является самым распространенным состоянием материи во Вселенной, и именно в ней происходят термоядерные реакции.

Доказательство многомасштабной связи долгое время оставалось сложной задачей для физиков плазмы. Однако в исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых под руководством доктора Чон Юн Парка из Сеульского национального университета и доктора Янг Дэ Юна из Азиатско-Тихоокеанского центра теоретической физики (APCTP) показала, как микроскопические явления могут вызывать макроскопические изменения, влияя на всю плазменную систему.

Для своих экспериментов исследователи использовали универсальный экспериментальный сферический тор (VEST) в Сеульском национальном университете. Они запустили два отдельных электронных пучка вдоль магнитных линий в трехмерной спиральной конфигурации, что привело к образованию двух нитей магнитного потока и вызвало микромагнитную турбулентность.

Полученные результаты показали, что эта микротурбулентность привела к процессу, известному как магнитное пересоединение, при котором силовые линии магнитного поля переконфигурировались, изменяя структуру плазмы.

"Наши результаты напрямую объясняют, как кинетические процессы, не связанные с магнитной гидродинамикой, протекают на различных масштабах, вызывая глобальные изменения в магнитной динамике", — отмечают исследователи в своей статье.

Команда также проверила и подтвердила свои выводы, выполнив моделирование частиц на суперкомпьютере в Корейском институте термоядерной энергетики.

Это открытие является значительным прорывом, так как ученые впервые продемонстрировали в лабораторных условиях, что изменения на уровне частиц могут оказывать влияние на общую структуру плазмы.

Результаты данного исследования имеют широкий спектр применения. Они могут помочь улучшить наше понимание космической погоды, поскольку магнитное пересоединение связано с взрывными явлениями, такими как солнечные вспышки и геомагнитные бури. Эти явления могут повредить спутники и энергосистемы на Земле, и более глубокое понимание этих процессов позволит ученым лучше моделировать и прогнозировать их.

Кроме того, данное исследование может сыграть ключевую роль в разработке стабильных технологий ядерного синтеза, что приблизит нас к созданию жизнеспособного источника чистой энергии.

Скользящие сегнетоэлектрики представляют собой тип двумерного (2D) материала, который образуется при укладке неполярных монослоев — слоев толщиной в один атом, не имеющих электрического диполя. Когда такие слои накладываются друг на друга, они формируют сегнетоэлектрические материалы с самопроизвольной поляризацией, которая может переключаться под воздействием внешнего электрического поля, перпендикулярного слоям.

Исследование механизмов переключения поляризации в скользящих сегнетоэлектриках стало важной целью для учёных в области физики и материаловедения, поскольку это может открыть новые горизонты в разработке наноразмерной электроники и квантовых технологий.

Недавняя работа исследователей из Вестлейкского университета и Университета электронных наук и технологий Китая, опубликованная в журнале Physical Review Letters, выявила новый механизм, управляющий переключением поляризации в скользящих сегнетоэлектриках. В отличие от предположений, что переключение происходит за счёт синхронных сдвигов всех слоев, исследование показало, что это связано с волнообразными перемещениями доменных границ — границами между областями с противоположной поляризацией.

"Скользящие сегнетоэлектрики привлекли внимание благодаря своему потенциалу расширить семью ван-дер-ваальсовых сегнетоэлектрических материалов", — отметил старший автор статьи Ши Лю. Основная идея заключается в создании внеплоскостной поляризации в двумерных структурах путём наложения неполярных монослоев с тщательно настроенными смещениями.

Целью исследования было выяснить, как внеплоскостное электрическое поле может изменять поляризацию в скользящих сегнетоэлектриках. Лю и его команда использовали моделирование молекулярной динамики (MD) и разработали модель глубокого потенциала (DP), обученную на данных квантово-механических расчетов.

"Модель DP позволяет фиксировать сложные атомные взаимодействия, необходимые для реалистичного моделирования", — сказал Лю. Исследователи успешно смоделировали переключение поляризации, выявив, что внеплоскостное электрическое поле само по себе не может изменить поляризацию отдельного домена. Переключение происходит за счёт нарушения симметрии доменных границ, что обусловлено тензорной природой эффективных зарядов.

Кроме того, они обнаружили новый тип динамики доменных границ с аномальной температурной зависимостью: скорость их движения увеличивается при понижении температуры, что противоположно тому, что наблюдается в обычных сегнетоэлектриках. Это явление получило название "движение сверхтекучей доменной стенки", проводя аналогию с состоянием сверхтекучести в механических системах без трения.

Эти результаты могут послужить основой для дальнейших исследований скользящих сегнетоэлектриков и их применения в различных технологиях, включая наноразмерные устройства в криогенных средах. В будущих работах команда планирует изучить кинематику доменных границ при низких температурах, чтобы понять влияние квантовых эффектов на структурную динамику в этих материалах.