В начале 2024 года российские учёные уже успели разработать точную акустическую систему навигации, устройство для ориентации в пространстве для незрячих людей, математическую модель, предсказывающую климатические изменения на Земле, создать новые безопасные материалы для рентгеновских аппаратов, открыть довольно важный космический объект и так далее. Об этих и других достижениях далее в статье.
💡 Это материал из цикла «Сделано в России 🇷🇺», в котором описываются главные отечественные изобретения, а также важные события в различных областях науки и промышленности России.
Разработали акустическую систему навигации с точностью до миллиметров
Студенческое конструкторское бюро «Сигнал» при Московском авиационном институте разработало инновационное решение для определения положения объектов в пространстве с высокой точностью. Система объединяет в себе звуковой и радиоизлучатель, а также маяки с приёмниками, расположенные вокруг рабочей зоны. Она позволяет определять координаты объекта с точностью до нескольких миллиметров, а также оценить наклон между двумя точками. Учитывая, что существующие на рынке аналоги обычно имеют точность, измеряемую единицами или даже десятками сантиметров, новая система найдёт применение в различных областях, таких как геодезия, строительство, роботизированные склады и предприятия.
Принцип работы системы основан на разнице времени прихода звукового и радиосигналов от объекта к маякам. Используя данные от нескольких маяков, система может определить положение объекта в пространстве. Благодаря этому принципу система способна оценивать не только расстояние между точками, но и их наклон, что позволяет использовать ее в качестве акустической линейки, отвеса и уровня.
Создали безопасные материалы для рентгеновских аппаратов
💡 Простыми словами
Ученые из Москвы успешно синтезировали четыре новых соединения марганца с бромом и компактными органическими остатками. Эти материалы обладают более высокой плотностью по сравнению с аналогичными соединениями, содержащими объемные органические молекулы, что делает их более эффективными в поглощении и преобразовании рентгеновского или ультрафиолетового излучения в свет видимого диапазона. Также они являются сцинтилляторами, то есть они способны испускать свет при воздействии на них ионизирующего излучения. Материалы с такими свойствами широко используют в медицине и технике: в рентгеновских аппаратах, досмотровых лентах в аэропортах, а также в устройствах для проверки качества самых разных материалов. Помимо того, что новые соединения эффективнее аналогов, они просты в получении, дешевы и нетоксичны.
👨🔬 Детально
Для получения новых материалов учёные на несколько дней поместили кристаллы бромида марганца в органические растворители изопропанол и диоксан, нагрев до температуры 70 °C. В результате из раствора в осадок выпали кристаллы искомых соединений. Затем специалисты исследовали спектры их свечения под действием излучения рентгеновского или ультрафиолетового диапазона. Эксперименты показали, что два вещества светятся в красном диапазоне, а другие два — в зелёном. При этом они преобразуют падающее на них высокоэнергетическое излучение в свет видимого диапазона эффективнее, чем существующие на сегодняшний день гибридные галогениды марганца (для стопроцентного поглощения достаточно субмиллиметрового слоя, а не нескольких миллиметров).
Собрали прототип устройства, помогающего незрячим людям ориентироваться в пространстве
💡 Простыми словами
Для людей одним из основных органов чувств приходится зрение. Частичная или полная утрата зрительных функций лишает их огромного куска информации о внешнем мире. Для людей с ограниченными возможностями зрения большую роль начинает играть слух, который благодаря тренировкам и повседневному опыту позволяет человеку ориентироваться в пространстве и определять, где и какие объекты располагаются. Однако эти возможности всё равно сильно ограничены, к тому же, в среде с большим количеством звуков это становится намного сложнее. Поэтому учёные из Санкт-Петербурга разработали портативное навигационное устройство, основанное на использовании звуковой обратной связи.
👨🔬 Детально
Прототип устройства измеряет расстояние до объектов и производит звуковые сигналы, изменяющиеся в зависимости от расстояния до объектов. Например, чем ближе объект, тем более резкий звук. Таким образом устройство позволяет пользователям оценивать их удаленность от окружающих предметов. Принцип работы основан на 2D-визуализации звука и предполагает корреляцию между анатомическими особенностями пользователей и характеристиками звуковых сигналов, чтобы обеспечить оптимальную работу для каждого человека (например, люди с разным ростом слышат звуки падения предметов по-разному из-за разной удалённости ушей от пола).
В дальнейшем планируется создание навигационного устройства в виде гарнитуры или очков, способного автоматически сканировать окружающую среду и предоставлять информацию о расстоянии до объектов. Предполагается, что устройство сможет даже различать объекты друг от друга с помощью компьютерного зрения и веб-камеры.
Построили математическую модель, которая предскажет изменения биосферы Земли
Климатические изменения на Земле нередко становились катализатором глобальных изменений: перемены в составе атмосферы, полная перестройка экосистем планеты. Например, в результате изменения климатических условий во время периода криогения (720–635 млн лет назад) в атмосферу, которая состояла в основном из углерода и метана, начало попадать большое количество кислорода, что привело к развитию многоклеточных форм жизни. Сегодня учёные также наблюдают за влиянием климата на экосистемы, как в случае с потеплением болот в Сибири, что приводит к ускоренному выделению метана и усилению парникового эффекта, что в свою очередь может грозить даже вымиранием живых организмов на Земле.
Российские учёные разработали специальную математическую модель, которая предсказывает стабильность различных биомов (отдельных географических регионов со специфическим климатом, растительностью и животным миром, таких как лес, тундра, степь и так далее). Это важный инструмент для понимания того, как изменения климата могут влиять на экосистемы и биоразнообразие в различных регионах. Модель была протестирована на примере широколиственного леса и может быть использована как для описания прошлых изменений, так и для прогнозирования будущих изменений в биосфере.
Открыли новый миллисекундный рентгеновский пульсар
Благодаря космическому аппарату «Спектр-РГ» российские астрофизики обнаружили новый яркий рентгеновский источник. Данные были получены одним из его телескопов (ART-XC), а затем подтверждены командой рентгеновского телескопа MAXI (JAXA) на Международной космической станции. Оказалось, что вспышка присутствовала на более ранних снимках, но была пропущена японскими коллегами. Это довольно важное открытие и к работе сразу же подключили более чувствительные международные инструменты (рентгеновские телескопы NICER и Swift/XRT от NASA), которые обнаружили короткие вспышки мягкого рентгеновского излучения от источника, а также когерентные пульсации рентгеновского потока на частоте 447,8 Гц.
Источником оказалась нейтронная звезда (которой дали название в честь космического аппарата SRGA J1444), а более точно — аккрецирующий миллисекундный пульсар, который делает оборот вокруг своей оси буквально за миллисекунды. Всего подобных объектов известно около двух десятков, так что данное открытие представляет особую ценность. Сейчас объект перешёл в фазу «периодического барстера», когда термоядерные всплески от него регистрируются через примерно равные промежутки. Российский телескоп продолжает наблюдение за ним.
Создали органические пленки для зарядки кардиостимуляторов
💡 Простыми словами
Уральские ученые совершили важный прорыв в области биомедицинских материалов и нанотехнологий. Они смогли создать биосовместимые кристаллические пленки с высокими пьезоэлектрическими свойствами (при механическом или тепловом воздействии генерируют электрический ток). Использование таких пленок будет особенно полезно для создания инвазивных кардиостимуляторов, которые находятся внутри организма человека. При движении или биении сердца эти пленки станут генерировать ток, который затем будет накапливаться в батареях кардиостимуляторов, что в разы сократит количество необходимых хирургических вмешательств.
👨🔬 Детально
Пленки созданы из дифенилаланина — это форма фенилаланина, одной из 20 аминокислот, из которой состоят белки и которая играет важную роль в биологических процессах. Это вещество является частью человеческого организма, а, соответственно, материалы из дифенилаланина обладают высокой совместимостью с живыми тканями организма. Получают данное вещество методом синтеза, основанном на кристаллизации из аморфной фазы под воздействием водяного пара. С его помощью учёные также могут контролировать морфологию пленок, что открывает перспективы для применения этих материалов в микроэлектронике и других областях, где требуется плоская поверхность для нанесения электродов и других элементов.
