L'esperança d'un futur brillant per als assistents de veu

Un parell anys després d'entrar a formar part dels centres d'atenció, els assistents de veu estan aprenent nous idiomes i es connecten a dispositius cada vegada més a prop de la llar, però l'adopció massiva i la facilitat generalitzada amb la nova tecnologia encara estan molt lluny.

Els assistents virtuals són programes d'intel·ligència artificial (AI) als quals es pot accedir des dels telèfons intel·ligents, dispositius especialitzats com l'altaveu d'Echo d'Amazon, televisors intel·ligents o, fins i tot, automòbils. Connectats pel núvol als motors de cerca, bases de dades, aplicacions i altres dispositius, estan dissenyats per permetre als usuaris recuperar informació i controlar les seves vides digitals sense la necessitat de posar un dit al seu telèfon o ordinador.

Aquest any es vendran 100 milions de dispositius amb les modalitats del Google Assistant o del Siri d'Apple, segons el consultor Canalys (l'any passat se'n van vendre 40 milions). Les xifres romanen molt per sota dels milers de milions de telèfons intel·ligents que hi ha a les butxaques dels ciutadans de tot el món. Els assistents virtuals arribaran a estar generalitzats en els pròxims dos o cinc anys, segons prediu Mike J. Walker, vicepresident de recerca de Gartner.
Ell pronostica que les caixes amb altaveus i altres dispositius electrònics amb intel·ligència artificial controlada per veu (AI) poden disminuir temporalment abans que arribi el seu moment d'èxit.

Tot i així, l'IFA de Berlín -la fira comercial més gran de la tecnologia europea- demostra que gairebé tots els nous productes, estan dissenyats per treballar amb Google, Apple, Amazon, Samsung, Microsoft, o totes elles.
Per exemple, Panasonic hi va presentar aire condicionat, llums i televisors que es poden activar o desactivar tot alhora, simplement dient-li a l'assistent de Google "Sóc a casa" o "Bona nit".
Els altaveus i els auriculars que ofereixen les firmes com Harman Kardon, presenten funcions de veu similars per a la creació de noves músiques.
Però els especialistes del sector assenyalen que les matrius desconcertants dels gadgets que es poden controlar i les tasques completades amb comandaments parlats estan per davant del que esperen els usuaris. Els primers que ho adoptin, tindran proves limitades sobre les quals basar les seves millors pràctiques en el tractament de la tecnologia de veu.

Tot i que els compradors sembla ser que estan deixant de visitar les botigues, a favor de les compres en línia, l'anomenat "comerç de veu" encara impedeix als consumidors tocar les compres potencials.
Altres tenen por de posar un micròfon a les seves llars. És necessari que els assistents de veu escoltin frases d'activació com "Hey Google" o "Alexa", tot i que normalment hi ha un botó als dispositius per desactivar aquest sensor.

Diferents firmes ofereixen les seves pròpies formes de tranquil·litzar sobre les dades personals, com Google, que permet als usuaris eliminar el seu historial de veu, i Apple, guardant informació a l'iPhone del client, en comptes del núvol.

Una àrea on les empreses estan avançant és el llenguatge. Amazon ha afegit francès a Alexa, i Google ofereix un control bilingüe combinant-ne dos entre: anglès, espanyol, alemany, francès, italià o japonès.

Font: AFP

Aconsegueixen sis ones de llum amb un únic làser

El físic austríac Erwin Schrödinger (1887-1961), un dels grans de la ciència contemporània, va investigar sobre la propietat més interessant en la mecànica quàntica. Segons el seu parer, aquest fenomen va ser el que realment va distingir el món quàntic del món clàssic. L'entrellaçament es produeix quan es creen o interactuen grups de partícules o ones de tal manera que l'estat quàntic de cada partícula o ona no es pot descriure independentment de les altres, per molt que siguin separades. Els experiments realitzats a l'Institut de Física de la Universitat de São Paulo (IF-USP) al Brasil van aconseguir combinar sis ones de llum generades per una simple font de llum làser coneguda com un oscil·lador paramètric òptic.

Aquesta plataforma és capaç de generar un entramat massiu de molts modes òptics amb freqüències diferents però ben definides, com si es connectés els nodes d'una gran xarxa. Els estats quàntics produïts així poden ser controlats per un únic paràmetre: la potencia del làser extern que impulsa tot el sistema.
L'entanglement (amuntegament), és una propietat que implica correlacions quàntiques entre sistemes diferents. Aquestes correlacions són un gran avantatge que pot fer que les computadores quàntiques siguin superiors a les computadores electròniques tradicionals en la realització de tasques com la simulacions o factorització de nombres primers, un funcionament crític per a la seguretat de les dades en el món actual, per aquest motiu, la creació de sistemes amb múltiples components entrellaçats, són un repte important en l'aplicació de les idees de la teoria de la informació quàntica.

Processament més ràpid
En investigacions anteriors de l'equip de IF-USP va entrellaçar dos i tres modes amb l'oscil·lador paramètric òptic. Els seus últims experiments han duplicat l'espai disponible per a la codificació de la informació.

Aquesta idea és més fàcil d'entendre mitjançant una analogia. El bit clàssic és un sistema de dos estats que pot estar en un sol estat en un moment donat, ja sigui zero o un. Aquesta és la base de la lògica binària. El qubit (bit quàntic) pot representar una superposició d'un u o zero o qualsevol situació quàntica d'aquests dos estats, de manera que pot codificar més informació que un bit clàssic.
L'entanglement correspon a la correlació no local de diversos qubits. La no localitat és una característica intrínseca de la naturalesa i una de les diferències clau entre la física quàntica i la física clàssica, que reconeix només correlacions locals. Un làser subministra tota l'energia per al procés, de manera que el feix de llum produït per aquest làser arriba a un cristall i genera dos camps més, que mantenen les característiques del làser: intensa llum monocromàtica amb freqüències ben definides. tres camps intensos: cada camp intens combina un parell de camps extremadament dèbils, de manera que els sis camps s'acoblen al camp principal.

El dispositiu que genera els estats entrellaçats és l'oscil·lador paramètric òptic, que consisteix en un petit cristall entre dos miralls. El cristall té 1 cm de longitud, i la distància entre els miralls és inferior a 5 cm. No obstant això, ja que el refredament és una condició necessària per al procés, el vidre i els miralls es col·loquen dins d'una caixa d'alumini en un buit per evitar la condensació i evitar que el sistema es congeli.

La informació que pot ser codificada per una sola ona està limitada pel principi d'incertesa. En aquest cas, l'amplitud i la fase d'ona es comporten com anàlegs de la posició i velocitat de les partícules, les variables considerades per Werner Heisenberg (1901-76) en la formulació del principi.
Amb l'entrellaçament, es perd una part de la informació en cada ona particular, però la informació global del sistema es conserva de forma compartida. Compartir significa que quan s'observa una sola ona, es possible informar de les altres cinc alhora. Cada feix es dirigeix ​​a un detector i aquesta distribució de la informació en unitats independents augmenta la velocitat de processament.
Les sis ones formen un conjunt, que quan s'obté informació d'una ona, s'obté informació sobre tot el sistema. Quan es canvia, es canvia tot el sistema.

Font: Institut de Física de la Universitat de São Paulo

Control individual de molècules

Els físics de la Universitat de Bath (Regne Unit) han descobert com manipular i controlar les molècules individuals durant una trilionèsima fracció de segon.

La seva nova tècnica és la forma més sensible de controlar una reacció química en algunes de les escales més petites que els científics poden treballar, a nivell de molècula única. Això, permetrà obrir possibilitats de recerca en els àmbits de la nanociència i la nanofísica.
Es fa servir sovint un experiment en el límit extrem de la nano-ciència anomenat Manipulació molecular de microscòpia de túnel (STM) per observar com reaccionen les molècules individuals quan s'exciten afegint un únic electró.
Un químic tradicional pot utilitzar un tub de prova i un cremador de Bunsen per impulsar una reacció; en aquest experiment, es van utilitzar un microscopi i el seu corrent elèctric per conduir la reacció. El corrent és tan petit que és més semblant a una sèrie d'electrons individuals que arriben a la molècula com si aquesta fos una diana. Però tot aquest experiment és un procés passiu, una vegada que l'electró s'afegeix a la molècula, els investigadors només poden observar el que passa.

Però quan la doctora Kristina Rusimova va revisar les dades del laboratori, va descobrir alguns resultats anòmals en un experiment estàndard, que no es podia explicar respecte que, quan la corrent elèctrica apareix, les reaccions sempre van més ràpid, però en la descoberta, no.
La Doctora Rusimova i els seus col·legues van passar mesos pensant en possibles explicacions per desacreditar l'efecte i repetint els experiments, però al final es van adonar que havien trobat una forma de controlar experiments d'una sola molècula sense precedents.

L'equip va descobrir que mantenint la punta del seu microscopi molt a prop de la molècula estudiada, dins dels 600-800 trilions d'un metre, la durada del temps que l'electró s'adhereix a la molècula es pot reduir en més de dos ordres de magnitud, de manera que la reacció resultant permet controlar molècules de toluè individuals d'una superfície de silici.
L'equip creu que això és perquè la punta i la molècula interactuen per crear un nou estat quàntic, que ofereix un nou canal perquè l'electró surti de la molècula, de manera que redueixi el temps que l'electrònica gasta en la molècula i redueix les possibilitats de què aquesta causi una reacció.

L'objectiu fonamental d'aquest treball és desenvolupar les eines que permetin controlar la matèria a aquest límit extrem: trencar els enllaços químics que la naturalesa no vol que es trenquin o que produeixi arquitectures moleculars que siguin termodinàmicament impossibles. El treball ofereix una nova ruta per controlar les molècules individuals i la seva reacció.

Font: Universitat de Bath

La holografia com a base per reconstruir imatges 3D

Tot i que la majoria de la interacció amb el contingut digital encara està restringit als teclats i a les panells tàctils en 2D, les tecnologies de Realitat Augmentada i Realitat Virtual, i virtualment de realitat, (AR / VR) cada vegada estan més aprop de superar aquesta limitació.

Els dispositius d'AR/VR, poden tenir els seus propis inconvenients, com ara una tendència a induir malalties com a conseqüència del moviment visual o altres trastorns visuals amb un ús prolongat a causa dels seus dissenys estereoscòpics. Una solució és adaptar l'holografia o tecnologia de camp lleuger als dispositius. Tanmateix, això requereix d'una òptica addicional que augmentaria la mida, el pes i el cost d'aquests dispositius, reptes que fins ara han impedit que aconsegueixin un èxit comercial.
Ara, un grup d'investigadors del Japó i Bèlgica han començat a explorar una combinació d'holografia i tecnologies de camp lleuger com una forma de reduir la mida i el cost dels dispositius d'AR/VR més respectuosos amb la salut de la gent.
Els objectes que es veuen al voltant, dispersen la llum en diferents direccions a diferents intensitats d'una manera definida per les característiques i propietats de l'objecte, incloent la mida, el gruix, la distància, el color, la textura. La llum modulada [dispersa] és rebuda per l'ull humà i les seves característiques són reconstruïdes dins del cervell.

Els dispositius capaços de generar la mateixa llum modulada, sense l'objecte físic present, es coneixen com les pantalles 3D, que inclouen holografies i pantalles de camp de llum. La reproducció fidel de totes les característiques de l'objecte, l'anomenada "modulació", és molt costosa. La modulació requerida es calcula numèricament per primera vegada i després es converteix en senyals de llum mitjançant un dispositiu de cristall líquid (LCD). Aquestes senyals de llum són recollides per altres components òptics com lents, miralls, combinadors de feix, etc.
Els components òptics addicionals, que solen ser de vidre, tenen un paper important perquè determinen el rendiment final i la mida del dispositiu de visualització. Aquí és on els elements òptics hologràfics poden marcar una gran diferència. Un element òptic hologràfic és una fina capa de pel·lícula fotogràfica fotosensible al material, que pot replicar les funcions d'un o més components òptics addicionals. No són voluminosos ni pesats, i es poden adaptar en factors de forma més petits.
Enregistrar o fabricar un holograma que pugui replicar la funció d'un component òptic, requereix que un component òptic en particular estigui físicament present durant el procés de gravació. Aquesta gravació és un procés analògic que es basa en làsers i enregistrament de pel·lícules; no s'utilitzen senyals digitals ni informació.
La gravació de múltiples components òptics requereix que tots estiguin presents en el procés d'enregistrament, cosa que el fa complex i, en la majoria dels casos, impossible de fer.
Es va decidir imprimir/gravar l'holograma de manera digital, anomenant a la solució com un "element òptic hologràfic dissenyat digitalment" (DDHOE). Utilitzen un procés d'enregistrament hologràfic que no requereix que cap dels components òptics estigui físicament present durant l'enregistrament, però es poden registrar totes les funcions dels components òptics.

La idea és computar digitalment l'holograma de totes les funcions òptiques [que s'han d'enregistrar] i reconstruir-les conjuntament utilitzant un LCD i un làser. Aquesta senyal òptica reconstruïda s'assembla a la llum que, d'una altra manera, es modula per tots aquests components òptics, la llum reconstruïda s'utilitza per a registrar l'element òptic hologràfic final, ja que la llum reconstruïda tenia totes les funcions òptiques, l'holograma gravat en la pel·lícula fotosensible serà capaç de modular una llum amb totes aquestes funcions. Així, totes les òptiques addicionals necessàries poden ser substituïdes per una única pel·lícula hologràfica.
Pel que fa a les aplicacions, els investigadors ja han posat a prova la DDHOE en una pantalla de 3-D en capçalera de camp lleuger. El sistema és transparent, per la qual cosa és adequat per a aplicacions de realitat augmentada.
Aquest sistema utilitza un projector de 2-D disponible comercialment per mostrar un conjunt d'imatges multi-vista en un full de matriu de microlents, que generalment són de vidre o plàstic. El full rep la llum del projector i la modula per reconstruir les imatges en 3D en l'espai, de manera que un visualitzador que mira a través de la matriu de les micro-lents percep la imatge en 3-D.
Una gran dificultat per superar el seu enfocament és que la llum d'un projector de 2-D es divideix i s'ha de col·limar en un feix paral·lel abans d'arribar a la matriu per tal de reconstruir amb precisió les imatges 3D en l'espai.

Com que les pantalles es fan més grans, la lent colimadora també hauria d'augmentar la seva grandària, la qual cosa comporta una lent voluminosa i gruixuda. Per tant, el sistema que consumeix una longitud llarga de trajectòria òptica i, a més, la fabricació de la lent colimadora resulta costosa, és el coll d'ampolla principal que impedeix que aquest sistema aconsegueixi una aplicació comercial.

Font: Optical Society of America

Una càmera sense lents construïda especialment per als programes d'IA i de visió per ordinador

Un equip d'enginyers han desenvolupat una càmera "a través" d'un panell de vidre, un fotodetector i un programari realment intel·ligent. Les càmeres solien ser els dispositius amb lents per recordar viatges. Després, es van convertir en telèfons, tauletes, ordinadors portàtils i consoles de videojocs. Ara, sembla que les càmeres podrien arribar a ser tan discretes com un vidre.

Segons les noves investigacions, un fotodetector apantallat a la vora d'una finestra pot detectar les reflexions que reboten a l'interior de les senyals de llum de vidre que travessen un cable de fibra òptica. Amb un processament intel·ligent d'aquests petits trossos de llum detectada permet que el vidre funcioni com una lent de la càmera.
Les imatges resultants, una mica distorsionades i de menor resolució a les realitzades pels telèfons intel·ligents de primera generació, no competiran en cap moment amb càmeres convencionals per a la qualitat d'imatge. Però per als propòsits de molts programes de visió per computadora, un panell de finestra o un parabrisa de cotxe pot proporcionar tota la resolució que un algoritme de processament d'imatges o una xarxa neuronal necessiti.

Una bona quantitat d'imatges capturades per càmeres avui en dia mai són vistes per l'ull humà, només es veuen mitjançant algoritmes que processen les càmeres de seguretat o vídeos d'una planta d'una fàbrica o sensors d'imatge de vehicles autònoms, de manera que el nombre d'imatges mai vistes pels humans és cada vegada més gran.
Per tant, si les màquines aniran veient aquestes imatges més que els humans, llavors, per què no es pensa a redissenyar les càmeres exclusivament per a màquines?
En altres paraules, els algoritmes de visió per computadora no sempre necessiten les altes resolucions i la fidelitat de la imatge que exigeix ​​un ull humà. Pot ser que encara es pugui extreure molta informació a partir de les imatges de menor qualitat.

Aquesta tecnologia, per a la qual hi ha sol·licitada una patent, comença amb un vidre o plàstic. No es requereix res en especial per al propi mitjà visual, ja que s'utilitza un full de plexiglàs perquè és més fàcil de treballar i tallar.
Adjunten un fotodetector lliure (de 640 per 480 píxels que ofereix una resolució de 8 bits) a una vora de la làmina de plàstic que s'havia allisat i preparat per interaccionar amb el dispositiu d'imatges.
Durant les treballs es va mantenir el camp de visió simple per a aquesta implementació de prova de concepte. L'objecte que van establir davant del panell era una sèrie de 32 per 32 llums LED. Després, van mirar el senyal que arribava al fotodetector quan cada una de les 1.024 llums es va il·luminar individualment.
Així, qualsevol imatge arbitrària de la matriu LED seria, almenys en una primera aproximació, una combinació lineal dels senyals de cadascuna de les llums LED individuals que s'hagin il·luminat.
Per aquest projecte, que han desenvolupat algorismes de processament de senyals tradicionals que podrien reconstruir la imatge del senyal rebuda al fotodetector, van anomenar a aquest pas el "problema invers", perquè el seu algorisme estava prenent un senyal complicat i confús i el conduïa cap enrere per descobrir els objectes que podrien haver generat els fotons detectats al detector.
S'estava detectant una distribució [de fotons] a l'espai que correspon a un objecte concret. Això és exactament el que fa una lent.

Per això, aquestes finestres "càmeres" poden ser especialment adequades per a programes que es basen en la visió per computadora. La qualitat de la imatge i la informació resoluble poden ser prou bons per a la visió per computadora, però encara no (i potser mai) estaran preparats per reemplaçar la càmera tradicional basada en lents per a imatges que els humans veuen.
Aquest equip, està desenvolupant un algorisme d'aprenentatge automàtic per estudiar imatges més complexes -com ara números escrits a mà que es podrien detectar i resoldre en els dígits numèrics que representen.

Una de les primeres aplicacions d'aquesta tecnologia podria ser per la realitat virtual i les ulleres de realitat augmentades. El maquinari de visualització d'imatges i generació d'imatges d'unes ulleres ja és prou voluminós en aquests cascs. Llavors, què passa si una versió d'aquesta càmera sense lent de visió pot proporcionar informació prou bona per rastrejar el moviment dels ulls de l'usuari?
És irònic, per descomptat, que un avenç podria venir en forma d'una tecnologia que sofreix una reducció dràstica de la qualitat actual. Però, potser el salt més important és el canvi mental pensant en redissenyar una tecnologia que sigui "prou bona" ​​per a la IA i els sistemes de processament d'imatges. Perquè a simple vista, el que importa en el món de la IA, no és tant l'alta qualitat d'una única font de dades, sinó la proliferació de fonts de dades.

Font: IEEE Spectrum

Un dispositiu que genera l'energia de les vibracions de baixa freqüència

Un nou dispositiu, podria generar energia des de l'oscil·lació d'un braç humà mentre la persona camina o trota, segons un equip d'investigadors de l'Institut de Recerca de Materials de Penn State i la Universitat d'Utah. El dispositiu, te la grandària d'un rellotge de polsera i produeix la potencia suficient per fer funcionar un sistema de monitoratge de salut personal.

Aquests gadgets, tenen una gran demanda per alimentar els milions de dispositius que conformen la Internet de les Coses (IoT). Al subministrar energia contínua a una bateria o supercapacitat recarregable, els recol·lectors d'energia poden reduir el cost laboral de canviar les bateries quan s'acaben i reduir l'impacte del residu de les piles.
Certs cristalls poden produir un corrent elèctric quan es comprimeixen o poden canviar de forma quan s'aplica una càrrega elèctrica. En aquest treball, Trolier-McKinstry i el seu antic estudiant de doctorat, Hong Goo Yeo, van utilitzar un material piezoelèctric conegut, PZT, i el van recobrir a ambdós costats d'una làmina metàl·lica flexible fins a un espessor quatre o cinc vegades superior a la dels dispositius anteriors. El volum més gran del material actiu equival a la generació de més potencia. Orientant l'estructura cristal·lina de la pel·lícula per optimitzar la polarització, es va incrementar el rendiment conegut en la generació d'energia. Les tensions de compressió que es creen a la pel·lícula a mesura que s'apliquen en les làmines metàl·liques flexibles, impliquen que les pel·lícules PZT poden suportar pressions altes sense trencar-se.

Hi havia alguns reptes per superar des de la ciència dels materials. El primer era com aconseguir que el gruix de la pel·lícula sigui elevat sobre una làmina metàl·lica flexible. Llavors cal obtenir l'orientació del cristall adequada per aconseguir l'efecte piezoelèctric més fort.

Els col·laboradors de la Universitat de Utah i del Departament d'Enginyeria Mecànica de Penn State van dissenyar un nou dispositiu de rellotge de polsera que incorpora els materials PZT / de metall. El dispositiu utilitza un rotor de llautó, gira lliurement, amb un imant incrustat i múltiples guies de PZT amb un imant a cada feix. Quan l'imant del rotor s'aproxima a una de les guies, els imants es repelen i es desvien els feixos, es desplaça la guia en un procés que es coneix com a freqüència de conversió. La freqüència lenta d'un canell giratori es converteix en una oscil·lació de major freqüència. El disseny d'aquest dispositiu és més eficient que un electromagnètic estàndard, com els que s'utilitzen en rellotges autopropulsats.
En treballs futurs, es creu que poden duplicar la potència mitjançant el procés de sinteritzat en fred, una tecnologia de baixa temperatura desenvolupada a Penn State. A més, els investigadors treballen en l'addició d'un component magnètic per a la recol·lecció mecànica actual per estalviar energia durant una part més gran del dia, quan no hi ha activitat física.


Font: Pennsylvania State University

Materials autocannibalístics

Els científics del Laboratori Nacional d'Oak Ridge (ORNL) del Departament d'Energia van induir un material bidimensional per canibalitzar-se per "blocs de construcció" atòmics a partir dels quals es van formar estructures estables.

Els resultats, publicats al Nature Communications, proporcionen informació que pot millorar el disseny de materials de 2D per a la càrrega ràpida d'emmagatzematge d'energia i dispositius electrònics.
Sota aquestes condicions experimentals, els àtoms de titani i de carboni poden formar espontàniament una capa atomicament prima de metall de transició de 2-D, que mai ha estat vista abans. Aquest estudi tracta de determinar els mecanismes i cinètiques de nivell atòmic que s'encarreguen de formar noves estructures d'un metall de transició de metall 2-D tal que es puguin realitzar nous mètodes de síntesi per aquesta classe de materials.

El material de partida era una ceràmica de 2-D anomenada MXene. A diferència de la majoria de les ceràmiques, els MXenes són bons conductors elèctrics, ja que estan fabricats amb capes atòmiques alternes de carboni o nitrogen intercalades en metalls de transició com el titani.
La investigació va ser un projecte del Centre de Reaccions, Estructures i Transport (FIRST), el Centre de Recerca DOE Energy Frontier, que explora reaccions de la interfície sòlides i fluides que tenen conseqüències per al transport energètic en aplicacions quotidianes. Els científics van realitzar experiments per sintetitzar i caracteritzar materials avançats i realitzar treballs de teoria i simulació per explicar les propietats estructurals i funcionals observades dels materials. Els nous coneixements dels primers projectes ofereixen guies per a futurs estudis.
El material d'alta qualitat utilitzat en aquests experiments va ser sintetitzat pels científics de la Universitat de Drexel, en forma de flocs de monocapa d'un sol vidre de cinc capes de MXene. Les escates es van prendre d'un cristall pare anomenat MAX, que conté un metall de transició denotat per M; un element com l'alumini o el silici, denotat per A; i un àtom de carboni o nitrogen, denotat per X. Els investigadors van utilitzar una solució àcida per a extreure les capes d'alumini monoatòmic, exfoliar el material i delaminar-lo en monocapes individuals d'un carbur de titani MXene (Ti3C2).
Els científics de l'ORNL van fer suspendre un escamós MXene en un xip de calefacció amb forats perforats, de manera que cap material de suport, ni substrat, va interferir amb la escata. Al buit, el floc suspès es va exposar a la calor i es va irradiar amb un feix d'electrons per netejar la superfície de MXene i exposar completament la capa d'àtoms de titani.

Els MXenes solen ser inerts perquè les seves superfícies estan cobertes amb grups funcionals protectors: àtoms d'oxigen, hidrogen i flúor que romanen després d'una exfoliació àcida. Un cop eliminats els grups de protecció, el material restant s'activa. Els defectes d'escala atòmica: les "vacants" creades quan els àtoms de titani són eliminats durant l'aiguafort, s'exposen a la capa exterior de la monocapa. Aquestes vacants atòmiques són bons llocs d'iniciació. És favorable que els àtoms de titani i carboni es moguin de llocs imperfectes a la superfície. En una àrea amb defecte, es pot formar un porus quan migren àtoms.
Una vegada que aquests grups funcionals han desaparegut, ara es queden amb una capa de titani, alternant carboni, titani, carboni, titani) que és lliure de reconstruir i formar estructures noves a sobre de les estructures existents.
Les imatges de STEM d'alta resolució van demostrar que els àtoms es movien d'una part del material a un altre per construir estructures. Com que el material s'alimenta de si mateix, el mecanisme de creixement es pot dir que és caníbal.
El mecanisme de creixement està completament recolzat per la teoria funcional de densitat i les simulacions dinàmiques moleculars reactives, per a així obrir les possibilitats futures d'utilitzar aquestes eines de teoria per determinar els paràmetres experimentals necessaris per a la síntesi d'estructures específiques de defectes.
La majoria de les vegades, només una capa addicional [de carboni i titani] créixer en una superfície. El material es va canviar a mesura que els àtoms van construir noves capes. Ti3C2 convertit en Ti4C3, per exemple.

Aquests materials són eficients en el transport iònic, que es presta bé a aplicacions per les bateries i els supercondensadors. Com que existeixen MXenes que contenen molibdè, niobium, vanadi, tàntal, hafni, crom i altres metalls, hi ha oportunitats de fer una varietat d'estructures noves que contenen més de tres o quatre àtoms de metall en secció transversal. Aquests materials poden mostrar diferents propietats útils i crear una sèrie de blocs de dades de 2-D per avançar en la tecnologia.
En el Centre per a les Ciències dels Materials de Nanofase de l'ORNL - CNMS, es van realitzar càlculs teòrics dels primers principis per explicar per què aquests materials van créixer de capa en capa en lloc de formar estructures alternatives, com ara quadrats. El investigadors, van ajudar a comprendre el mecanisme de creixement, que minimitza l'energia superficial per estabilitzar les configuracions atòmiques. Els científics de la Penn State University van realitzar simulacions de camp dinàmic de força reactiva a gran escala que mostren com els àtoms es reordenen a les superfícies, confirmant estructures de defectes i la seva evolució tal com s'observa en els experiments. Els investigadors esperen que el nou coneixement ajudi a altres a desenvolupar materials avançats i generar estructures de nanoescala útils.

Font: Laboratori Nacional Oak Ridge

La primera tauleta de pantalla tàctil rodable

Un equip d'investigació de la Queen's University, ha creat la MagicScroll: una tauleta de pantalla tàctil rodable, flexible en un dispositiu modern. Dirigit pel pioner Dr. Roel Vertegaal, aquesta nova tecnologia està configurada per forçar els límits de la tecnologia de dispositius flexibles a un nou entorn.

El dispositiu està format per una pantalla flexible d'alta resolució de 7.5 "2K que es pot enrotllar o desenrotllar al voltant d'un cos cilíndric, que conté les operacions internes computacionals del dispositiu. Dos rodes giratòries a cada extrem del cilindre permeten a l'usuari desplaçar-se per la informació de la pantalla tàctil. Quan un usuari vol explorar un contingut interessant, la pantalla es pot desbloquejar i funcionar com una pantalla de la tauleta. El seu pes lleuger i cos cilíndric fa que sigui molt més senzill d'aguantar-la amb una mà que un iPad. Quan està enrotllat, s'adapta a la butxaca i es pot utilitzar com a telèfon, com a dispositiu de dictats o dispositiu de senyalització.

Més enllà de la innovadora pantalla flexible, el prototip també inclou una càmera que permet als usuaris emprar el MagicScroll enrotllat com a dispositiu de control basat en gestos, similar al de Wiimote de Nintendo. Les rodes rotatives del dispositiu contenen actuadors robòtics que permeten que el dispositiu es mogui físicament o giri en diversos escenaris, com ara quan, per exemple, rep una notificació.

Finalment, s'espera dissenyar el dispositiu de manera que fins i tot es pugui semblar a una cosa tan petita com una ploma que es pugui portar a la butxaca de la camisa, més en general, el projecte MagicScroll també peremtrà examinar més a prop les nocions que les pantalles no han de ser planes.



Font: Queen's University

Sistema de defensa dels drons

Un equip d'investigadors de la Universitat de Luxemburg, han desenvolupat un nou sistema de defensa viable i eficaç per a vehicles aeris no tripulats (UAV). El seu sistema consisteix en un eix de defensa UAV que pot auto-organitzar la seva formació de defensa quan es detecta un intrús.

Recentment, diverses empreses de renom, com Amazon, Alibaba i Domino's, han estat provant l'ús de UAVs, coneguts com a drons, per lliurar paquets o menjar a persones de tot el món. Diversos urbanistes, ara han començat a considerar els drons en els seus dissenys per a ciutats intel·ligents, per exemple mitjançant la incorporació de les anomenades zones de vol UAV i les autopistes UAV.
Tanmateix, l'adopció generalitzada de drons planteja una sèrie de riscos de seguretat. Per tant, la seva dinàmica en base al seu comportament i la seva mobilitat s'han de controlar de forma adequada, per tal de detectar i respondre de manera immediata a possibles intrusos malintencionats.

Durant els pròxims anys, milers d'avions ocuparan el cel per complir tot tipus de serveis com ara repartir alimentació i paquets, la vigilància i el manteniment. Ara, moltes ciutats estan treballant en l'establiment de les zones de vol d'avions designats. Tanmateix, el desplegament d'una gran quantitat d'avions comporta riscos i problemes de seguretat, en particular a causa de la velocitat, la flexibilitat i l'autonomia dels drons. Per això, cal que un sistema de defensa sàpiga i pugui actuar de manera ràpida i autònoma contra avions accidentats o maliciosos que entren a la zona de vol i així, poder prendre mesures adequades.

Per fer front als problemes de seguretat associats amb els UAV, s'ha desenvolupat un nou sistema de defensa que pot interceptar i escortar avions maliciosos fora de la zona de vols. El seu sistema està format per un conjunt d'UAV que pot organitzar la seva formació de defensa automàticament quan detecta un intrús, perseguint-lo i neutralitzant l'amenaça.
S'ha desenvolupat un algorisme modular i local, que s'executa en cada avió per permetre que adopti la decisió correcta de forma autònoma en funció de l'estat dels seus drons veïns, que formen un anomenat "eixam intel·ligent" d'avions elèctrics. Després del desplegament inicial i la detecció d'un intrús, els drons de defensa formen una xarxa autoorganitzada i intercepten l'intrús aïllant-lo mitjançant un algoritme d'encapsulació local del seu entorn, per escoltar-lo fora de la zona de vols.

Els investigadors van desenvolupar un nou procés de clusterització, que assegura que l'eixam d'UAV s'organitzi en una formació efectiva per interceptar i capturar avions maliciosos. Un cop capturat, l'escuadró pot escortar de forma segura el vehicle maliciós fora de la zona de vol.
La tasca més difícil era desenvolupar un algorisme local que no requereixi un consens en tot el sistema per funcionar. A més, cal assegurar que cada dron pogués passar a la fase correcta de les maniobres de defensa en el moment adequat. Es va abordar aquest problema amb un disseny modular que crea estructures d'intercepció balancejades d'eixamplament per a la formació de captura i escorta.

Els investigadors van adoptar un enfocament totalment localitzat, mitjançant un disseny modular que consta de cinc fases: desplegament, agrupació, formació, persecució i escorta. Les proves amb un prototip de simulador d'UAV, van revelar que el sistema és viable, resistent contra pèrdues de comunicació i funciona de forma consistent.
En contrast amb els enfocaments centralitzats, els enfocaments locals són particularment interessants per a aplicacions pràctiques ja que aquest enfocament, també és altament escalable, el que fa que sigui un candidat molt interessant per a una gran varietat d'aplicacions.
En el futur, l'innovador sistema de defensa ideat per Brust i els seus companys podria ajudar a millorar la seguretat dels UAV a mesura que s'aconsegueixi una adopció generalitzada. Després d'haver superat amb èxit les avaluacions i simulacions inicials, els investigadors estan a punt de provar el seu sistema de defensa en el món real.

Font: Universitat de Luxemburg

Cel·les solars de doble capa

Els científics de materials de l'Escola d'Enginyeria Samueli de la Universitat de California Los Angeles (UCLA) han desenvolupat una cèl·lula solar de pel·lícules molt eficients que genera més energia de la llum del Sol que els panells solars típics, gràcies al seu disseny de doble capa.

El dispositiu es realitza mitjançant la polvorització d'una fina capa de perovskita, un compost barat de plom i iode que s'ha demostrat que és molt eficient en la captura de l'energia de la llum solar a una cel·la solar comercialment disponible. La cèl·lula solar que forma la capa inferior del dispositiu està formada per un compost de coure, indi, gali i selenidi, o CIGS.
La nova cel·la de l'equip converteix el 22,4 per cent de l'energia entrant del Sol, un registre en l'eficiència de conversió de potència per a una cèl·lula solar tàndem perovskita-CIGS. El rendiment es va confirmar en les proves independents del Laboratori Nacional d'Energies Renovables del Departament d'Energia dels EUA. (El registre anterior, establert el 2015 per un grup al Centre d'Investigació Thomas J. Watson d'IBM, va ser del 10,9 per cent.) La taxa d'eficiència del dispositiu UCLA és similar a la de les cel·les solars de poli (silici) que actualment dominen el mercat fotovoltaic.
La investigació, que es va publicar ecentment a la revista Science, va estar encapçalada per Yang Yang Carol, de la UCLA i Lawrence E. Tannas Jr., Professor de Ciència de Materials.
Amb aquest disseny de cel·les solars tàndem, s'està aprofitant l'energia de dues parts diferents de l'espectre solar a la mateixa zona de dispositius, de manera que augmenta la quantitat d'energia generada a partir de la llum del sol en comparació amb la capa CIGS sola.
La tècnica de polvorització sobre una capa de perovskita podria incorporar-se fàcilment i de forma econòmica als processos de fabricació de cel·lulars existents.

La capa de base CIGS de la cèl·lula, que és d'uns 2 micres (o dos mil·lèsimes de mil·límetre), absorbeix la llum del sol i genera energia a un ritme d'eficàcia del 18,7 per cent, però afegint la capa perovskita d'1 micra de gruix, millora la seva eficiència. Les dues capes s'uneixen mitjançant una interfície a nivell de nanoescala que els investigadors de l'UCLA han dissenyat; la interfície ajuda a donar al dispositiu un voltatge més alt, cosa que augmenta la quantitat d'energia que pot exportar.
I tot el muntatge s'asseu sobre un substrat de vidre de 2 mil·límetres de gruix.

Aquesta tecnologia va augmentar el rendiment de les cèl·lules solars CIGS existents en gairebé un 20 per cent del seu rendiment original, el que significa una reducció del 20 per cent dels costos energètics.
Els dispositius que utilitzen el disseny de dues capes podrien arribar a un 30% d'eficiència de conversió d'energia. Aquest serà el següent objectiu del grup de recerca.

Font: UCLA Samueli School of Engineering

La simulació quàntica mostra el límit de la mobilitat en un paisatge desordenat de baixa dimensió

Una recent investigació sobre transport electrònic en materials de baixa dimensió (2D o 1D), com el grafè o els nanotubs de carboni, reflecteix el gran potencial d'aquests materials per revelar una comprensió més profunda de les lleis que governen el comportament emergent, a vegades sorprenent, dels electrons. Els científics han investigat materials nous com aquests, per descobrir la física de la superconductivitat topològica i els aïllants topològics. Però un dels majors reptes als quals s'enfronten els investigadors en l'estudi de materials reals és la presència d'impureses no controlades que influeixen en el transport electrònic.

Una manera d'evitar aquest problema, és estudiar els mateixos tipus de fenòmens físics en materials artificials que no tenen imperfeccions naturals. En les últimes dècades, els investigadors han utilitzat àtoms neutres que es mouen en cristalls prístins formats per llum làser per fer simulacions quàntiques per observar efectes físics que serien difícils de veure en materials electrònics reals.
Ara, els científics de la Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign, que utilitzen una innovadora tècnica de simulació quàntica, han fet una de les primeres observacions d'un límit de mobilitat en un sistema de baixa dimensió. El professor de física, Bryce Gadway i l'estudiant de postgrau Fangzhao Alex An, van poder combinar un material virtual desordenat, en aquest cas un parell de cadenes 1D acoblades amb camps magnètics artificials per explorar aquest fenomen.
El camp magnètic artificial que s'ha dissenyat, fa que els àtoms neutres de l'experiment es comportin com electrons en camps magnètics extremadament grans, equivalents a aplicar centenars d'imants a nivell de Tesla. Es va poder variar la força del camp magnètic artificial sintonitzant les propietats dels àtoms i modificant fortament el límit de la mobilitat observada.

Llavors, què és exactament un límit de mobilitat? Es tracta d'una transició aïllant-a-conductor que depèn de l'energia que es produeix en sistemes desordenats: un règim de transport metàl·lic que sorgeix d'un aïllant especial, anomenat aïllant d'Anderson. Només dos grups han observat un avantatge de mobilitat en les 3-D. Aquest fenomen és induït per un desordre i, d'acord amb les lleis de la física de localització, un límit de mobilitat, i molt menys qualsevol tipus de comportament metàl·lic, no s'hauria de produir en materials 2D o 1D.
Aquesta observació és veritablement ressenyable: aquest tipus de comportament no s'hauria de produir en sistemes de dimensió inferior amb trastorn aleatori. Hi ha una subtilesa per adonar-se en una o dues dimensions que es basa en una mena de trastorn pseudoaleatori. Les correlacions en el trastorn dissenyat, poden permetre la transició d'un aïllant metàl·lic.

El tipus de trastorn correlacionat utilitzat té algunes propietats molt divertides. En particular, hi ha un subtil argument matemàtic que mostra que la transició d'aïllant-metàl·lic que permet és totalment independent de l'energia. Per permetre que sorgeixi un límit de mobilitat, l'ingredient addicional va ser gràcies a la creació de grans camps magnètics.
En aquesta investigació, els científics també van mostrar evidències d'un tipus d'avantguarda encara més intrigant que es va produir en absència dels camps magnètics artificials. Aquest segon tipus de límit de mobilitat es va produir a causa de les interaccions atòmic-àtom, el que va fer que els estats d'energia més alta es comportessin més fortament com un metall i els estats d'energia més baixa per comportar-se amb més força, com un aïllant.

Font: Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign

Kalashnikov dona a conèixer el 'supercotxe elèctric'

El fabricant d'armes rus Kalashnikov ha presentat darrerament, el seu nou cotxe elèctric inspirat en un model dels anys 70. El fabricant assegura que la nova tecnologia rivalitzarà amb el Tesla d'Elon Musk.

La marca, més coneguda per l'ametralladora AK-47, va presentar el prototip blau pàl·lid i decididament retro, el CV-1, en una exposició de defensa a les afores de Moscou. La mirada estava inspirada en un model hatchback soviètic desenvolupat a la dècada de 1970 anomenat Izh-Kombi.

La companyia titular, Kalashnikov Concern, va dir que ha desenvolupat alguns elements d'avantguarda per al "supercotxe elèctric", incloent un inversor "revolucionari". El vehicle pot recórrer 350 quilòmetres amb una sola càrrega.
Kalashnikov està desenvolupant el seu propi concepte d'un supercotxe elèctric, que es basa en diversos sistemes originals desenvolupats. Es preveu que aquesta tecnologia permetrà estar a les files dels productors mundials d'automòbils elèctrics com Tesla i ser el seu competidor. Es van inspirar en l'experiència dels líders del mercat global en el desenvolupament del seu concepte.

La preocupació de Kalashnikov ve donada en que fa temps que intenta expandir la seva marca llançant línies de roba i altres mercaderies civils que van des de paraigües fins a cobertes de telèfons mòbils.
Tanmateix, la seva incursió en vehicles elèctrics s'ha trobat amb diverses reaccions dels russos. Els comentaris a les notícies sobre la pàgina oficial de Facebook de la companyia van des de "cyberpunk" fins a "Izh-Zombie".

Font: Techxplore

Avenços a la carretera per crear una bateria de liti-oxigen recarregable

Els químics de la Universitat de Waterloo han resolt amb èxit dues de les qüestions més difícils de les bateries de liti-oxigen i, en el procés, van crear una bateria de laboratori i van treballar amb una eficiència culombica propera al 100 per cent.
El nou treball, que va aparèixer a la revista Science, demostra que la conversió de quatre electrons per a l'electroquímica de liti-oxigen és altament reversible. L'equip és el primer en aconseguir la conversió de quatre electrons, que duplica l'emmagatzematge electrònic de bateries de liti-oxigen, també conegudes com a liti-aire.
Hi ha limitacions basades en la termodinàmica. No obstant això, aquest treball ha abordat qüestions fonamentals que altra gent ha estat intentant resoldre durant molt de temps. La gran densitat teòrica d'energia de les bateries de liti-oxigen (Li-O2 ) i el seu pes relativament lleuger, els han convertit en el Sant Grial dels sistemes de bateries recarregables.

Dues de les qüestions més serioses inclouen l'intermediari de la química cel·lular (superòxid, LiO2 ) i el producte peròxid (Li2O2 ), que reacciona amb el càtode de carbó porós, degradant la cèl·lula des de dins. A més, el superòxid consumeix l'electròlit orgànic en el procés, que limita enormement el cicle de vida.
Nazar i els seus col·legues van canviar l'electròlit orgànic, per una sal inorgànica que fos més estable, i el càtode de carbó porós per un catalitzador bifuncional d'òxid de metall. Després, van fer funcionar la bateria a 150 ºC, de manera que van trobar que el producte més estable era Li2O en lloc de Li2O2. Això resulta ser una bateria de Li-oxigen molt reversible amb una eficiència culombica que s'aproxima al 100 per cent.

En emmagatzemar O2 com a òxid de liti (Li2O), en comptes de peròxid de liti (Li2O2 ), la bateria no només va mantenir excel·lents característiques de càrrega elèctrica, sinó que va aconseguir la màxima transferència de quatre electrons en el sistema, augmentant així l'emmagatzematge teòric d'energia en un 50 per cent.
En canviar l'electròlit i l'elèctrode i també, augmentar la temperatura, es va demostrar que el sistema funciona molt bé.

Font: Universitat de Waterloo

Fan un nou mapa 2-D de la Terra que ofereix una millor perspectiva del món

L'Institut d'Investigació de Sistemes Ambientals, la Universitat de Monash i la Societat de la Informació Cartogràfica Nord-americana han creat un nou mapa del món que mostra amb més precisió, tant la grandària com la forma dels continents. En el seu article publicat al web de la revista International Journal of Geographical Information Science, Bojan Šavrič, Tom Patterson i Bernhard Jenny expliquen els motius que els han portat a crear el nou mapa, els factors que van tenir en compte en fer-ho i com visualitzen el producte final.

Representar amb precisió la Terra en un mapa de 2D ha estat un problema des que es va descobrir que el planeta és rodó, no obstant això, els cartògrafs ho han intentat. Els seus esforços han donat lloc a una gran quantitat de tipus de mapes, la majoria dels quals han quedat fora de lloc. En els temps moderns, el mapa més comú és la projecció de Mercator (es pot veure a les parets de les escoles d'arreu del món), però té alguns defectes greus: el principal és que els continents no es dimensionen correctament. Àfrica sembla ser de la mateixa mida que Groenlàndia, per exemple, i Brasil és més petit que Alaska. Un altre mapa conegut és el mapa de projecció de Gall-Peters, en el qual els continents es mostren amb més precisió en grandària, però tenen una forma distorsionada.

Aquest nou mapa representa amb més precisió les masses terrestres atesa la decisió de la Boston Public School de suspendre l'ús del mapa de Mercator a favor del mapa de Gall-Peters. Per això es va començar a treballar en un mapa propi, que segons esperaven, podia oferir més rendiment en el "recurs visual".
Per crear aquest, els investigadors van començar amb el Mapa de Projecció de Robinson, que ha estat utilitzat per la National Geographic Society des del 1988, que representa amb més precisió la mida i la forma dels continents, juntament amb una graella. Després de fer ajustaments, els investigadors van elaborar el mapa de projecció Equal Earth, que es descriu com un mapa de projecció pseudocilíndric que ofereix una visió relativament realista del món esfèric en 2D.