Китайские и американские исследователи научились обманывать беспилотные автомобили с помощью лазера. Они показали, что при использовании камеры со сканирующим затвором свет от лазера заставляет алгоритмы определения сигнала светофора принимать неправильное решение, определяя зеленый сигнал вместо красного и наоборот. Статья будет представлена на конференции USENIX 2022, ее препринт опубликован на arXiv.org.
В беспилотных автомобилях, как правило, используются разные типы датчиков, частично дублирующие друг друга. Так, другую машину на дороге могут заметить лидар, радар и камера. Но для некоторых задач такого резервирования нет. К примеру, дорожные знаки и светофоры можно распознать только с помощью камер. При этом камеры и алгоритмы компьютерного зрения — самые чувствительные к ошибкам и обманам системы. Прежде всего это касается восприятия объема, поскольку камеры снимают двумерные кадры.
Также исследователи уже не раз показывали, как системы компьютерного зрения беспилотных или высокоавтоматизированных автомобилей, таких как Tesla, сравнительно легко обмануть визуальными метками или ложной разметкой на дороге.
Сяоюй Цзи (Xiaoyu Ji) из Чжэцзянского университета вместе с коллегами показал, как реально применяемые в беспилотных и высокоавтоматизированных автомобилях камеры и алгоритмы можно обмануть лазером, заставив их принять один сигнал светофора за другой. Метод применим ко КМОП-матрицам, потому что в них, как правило, используется сканирующий затвор — схема, при которой данные с пикселей собираются не одновременно, а последовательно. Это приводит к тому, что если объект перед камерой быстро двигается, его изображение становится смещенным: по мере движения вниз по кадру он все больше смещается в сторону:
Исследователи предложили использовать эту особенность матриц для того, чтобы создавать на кадрах с камеры автомобиля яркую полосу определенного цвета: красного или зеленого. Если светить камеру постоянным лазерным излучением, такого эффекта не получится и свет от лазера будет заполнять большую часть изображения, что может не дать сработать алгоритму обнаружения светофора. Но если светить лазерными импульсами, частота которых синхронизирована с частотой съемки камеры, она будет успевать запечатлевать лишь горизонтальную полосу, ширина которой будет зависеть от длительности импульсов.
Эксперименты с пятью камерами, в том числе применяемой в Tesla моделью, а также двумя алгоритмами обнаружения и определения сигнала светофора (Apollo Auto и Nexar), показало, что если полоса имеет не слишком большую ширину и яркость, и при этом накладывается на светофор, программное обеспечение с высокой вероятностью путает настоящий цвет с цветом лазера: для камеры Tesla (onsemi AR0132AT) она оказалась равной 30 процентов для «превращения» красного сигнала в зеленый и 86,25 процента для «превращения» зеленого в красный.
При этом авторы отмечают, что если подобрать частоту может быть легко, например, использовать стандартные 30 или 60 герц, то синхронизировать положение этой полосы, чтобы она накладывалась на светофор, невозможно — она будет накладываться в случайное место по вертикали. В качестве метода защиты от их атаки, авторы предложили поменять алгоритм работы матриц, считывая ряды пикселей в случайном порядке или оставлять его последовательным, но начинать сканирование со случайного ряда для каждого нового кадра.
В последние годы активно разрабатываются V2X-светофоры, которые сообщают автомобилям поблизости свой текущий статус и другие данные. В 2018 году мы рассказывали о тестировании в США перекрестка, который может предупредить автомобили о пешеходах и других машинах за не просматриваемым углом.
Григорий Копиев
Источник: https://nplus1.ru/

В процессе лазерной наплавки специальные сопла подают поток металлического порошка точно в фокус лазерного луча, в результате чего порошок наплавляется на поверхность заготовки.
Идея системы заключается точном измерении того, какие металлы в каком количестве поступают в фокус лазера. Такой подход может снизить затраты, повысить качество производимых компонентов и сделать весь производственный процесс точно повторяемым, что особенно важно для высокотехнологичных отраслей промышленности.
«Пока что лазерная наплавка на основе порошка все еще не соответствует своему потенциалу, — считает Рико Хемшик, инженер Fraunhofer IWS, разработавший POWDERscreen. — С помощью расходомера мы делаем большой шаг к более эффективному, контролируемому и автоматизированному процессу аддитивного производства».
Отмечается, что POWDERscreen может быть установлен на любую технологическую головку для порошковой лазерной наплавки. Одним из примеров применения, в котором, как отмечается в пресс-релизе, решение особенно хорошо демонстрирует свои сильные стороны, является COAXquattro, разработанная в Fraunhofer IWS технологическая головка для подачи до восьми различных порошков или проволоки по отдельным каналам в фокус лазера для получения сплавов in situ. Поскольку COAXquattro поддерживает подачу до 30 граммов в секунду на канал, можно достичь значительной скорости подачи порошка. Благодаря большой скорости подачи комбинация COAXquattro и POWDERscreen особенно подходит для высокопроизводительных процессов, когда требуется создание или обработка крупных и сложных деталей с высоким качеством и скоростью.
POWDERscreen также можно комбинировать с другими системами мониторинга процессов, разработанными Fraunhofer IWS. К ним относятся камера Emaqs для контроля процесса, блок датчиков COAXjay или система измерения геометрии конуса порошка LIsec. Благодаря своим интерфейсам POWDERscreen может быть интегрирован вместе с этими устройствами в современные промышленные среды или решения для промышленного Интернета вещей (IIoT).
В будущем такие комбинированные системы мониторинга процессов могут также использоваться для независимого создания цифровых двойников аддитивно изготовленных компонентов. Информация о том, где лазер расплавил порошок, в каком количестве, может быть автоматически объединена в виртуальную компьютерную модель.
Исследователи из Fraunhofer IWS видят большой потенциал применения POWDERscreen, в частности, в аэрокосмической промышленности. Там, например, система может быть использована для воспроизведения и ремонта лопаток турбин сложной формы с помощью аддитивных процессов с неизменно высоким качеством. То же самое относится к штамповочным инструментам в автомобилестроении или к производству прототипов практически во всех отраслях промышленности.
Источник: https://www.3dpulse.ru/

Ученые провели лазерную обработку графена, модифицированного солями диазония, который был нанесен на поверхность полиэтилентерефталата (ПЭТ).
Под воздействием лазера формируется электропроводящий полимерный композит с улучшенными прочностными характеристиками. Технология по сравнению с существующими аналогами более эффективная, простая в исполнении, не требующая использования сложного энергоемкого и дорогостоящего оборудования.
Исследователи Томского политеха совместно с коллегами из Германии, Нидерландов и Китая разработали многофункциональную сенсорную платформу на основе прочного нанокомпозита.
Результаты исследования специалистов научной группы TERS-Team ТПУ под руководством профессоров Евгении Шеремет и Рауля Родригеса и их зарубежных коллег опубликованы в журнале Carbon (IF:9.594; Q1).
Ранее научная группа уже предлагала использование графена, модифицированного солями диазония, для создания проводящих и стабильных структур на стекле и полимере в работе, опубликованной в Materials Horizons.
Однако только сейчас удалось доказать формирование композита, исследовать механизм процесса и показать, что свойства конечного материала зависят от параметров лазерной обработки.
Для этого использовались методы физико-химического анализа материалов, а также высокоскоростная видеосъемка, компьютерные симуляции и исследование антибактериальной активности.
Проводящие полимерные нанокомпозиты — это новые функциональные материалы, применяемые в гибкой электронике, производстве химических и электрохимических датчиков, портативных медицинских устройств, батарей и интернете вещей.
Графен является наиболее прочным и легким электропроводящим соединением углерода, он превосходит проводники и оксиды металлов по ряду параметров.
А модификация солями диазония позволяет получить из гидрофобного вещества суспензию, что важно для нанесения материала на полимерные подложки.
Графен в виде суспензии ученые нанесли тонкой пленкой на подложку из ПЭТ, после чего подвергли лазерному облучению. Благодаря комбинации термического и фотохимического эффектов проходит несколько важных процессов. В частности, под воздействием высоких температур происходит частичное вплавление графена в полимер. Это делает композит особенно прочным и устойчивым к внешним механическим воздействиям.
Принципиальная особенность технологии — возможность управлять свойствами композита при контроле параметров лазерной обработки. При облучении происходит частичное «выжигание» из графена солей диазония, благодаря чему материал становится электропроводящим.
Чем больше групп солей диазония удалено таким образом, тем выше электрическая проводимость.
Регулируя мощность лазера, длину волны, скорость перемещения, мы регулируем электрическую проводимость материала.
Это позволяет использовать один и тот же материал в разных устройствах и создавать целую линейку различных датчиков на основе одной технологии»,
— рассказывает первый автор статьи, ассистент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Анна Липовка.
Сейчас ученые исследуют возможность использования лазерного облучения для получения сверхпрочных электропроводящих композитов на основе стеклянных подложек. Эта разработка может быть актуальна для оптоэлектроники и сенсорики.
Источник: http://innovanews.ru/

Новый тип микроскопов представляет собой набор из нескольких фотосенсоров и излучателей, при помощи которых прибор подсвечивает изучаемый образец и затем улавливает рассеянный луч лазера
Европейские ученые создали лазерный микроскоп, способный получать сверхчеткие снимки наноструктур и органелл живых клеток и при этом не требующий расходных материалов для своей работы, как другие подобные микроскопы. Результаты первых опытов с данным прибором были опубликованы в статье в журнале Optica.
«Наш подход значительно расширил научный арсенал по изучению наноструктур в самых разных условиях и средах. По сравнению с существующими технологиями микроскопии сверхвысокого разрешения, наша методика не требует внедрения флуоресцентных молекул или других меток в изучаемые образцы, что является очевидным ее плюсом», — отметил профессор университета Граца (Австрия) Петер Банцер, чьи слова приводит пресс-служба журнала.
Разрешающая способность оптических микроскопов выросла в несколько сотен раз со времен создания первых подобных устройств в середине XVII века. Дальнейший прогресс в «обычной» оптической микроскопии практически невозможен из-за так называемого дифракционного предела. Он проявляется в том, что микроскопы не могут получать четкие изображения объектов размером порядка 200 нанометров и меньше, так как волны света, имеющие схожую длину, начинают огибать эти наноструктуры.
По этой причине ученые перешли на разработку электронных, атомно-силовых и флуоресцентных микроскопов, на которые дифракционный предел не действует. Подобные приборы превосходят оптические микроскопы по многим параметрам, однако их достаточно тяжело эксплуатировать, а также стоимость пока остается высокой. Кроме того, большинство из них нельзя использовать для наблюдений за живыми клетками.
Профессор Банцер и его коллеги разработали новый тип микроскопов, который лишен недостатков и той, и другой групп предшественников. Он представляет собой набор из нескольких фотосенсоров и излучателей, при помощи которых прибор подсвечивает изучаемый образец и затем улавливает рассеянный луч лазера.
В прошлом, как отмечают ученые, подобные приборы ориентировались лишь на изменения в яркости луча света и не учитывали то, как меняются другие свойства фотонов при их взаимодействиях с клетками и наноструктурами. Физики из Европы восполнили этот недостаток и детально просчитали, как меняются все свойства частиц света после рассеивания луча лазера.
Эти расчеты помогли профессору Банцеру и его коллегам создать алгоритм, позволяющий реконструировать изображение объектов, на которых был рассеян луч лазера. Работу этой программы ученые успешно проверили на наборе наночастиц длиной в несколько десятков нанометров, что значительно меньше дифракционного предела.
Сейчас ученые адаптируют алгоритм для работы с более сложно устроенными объектами, в том числе с живыми клетками, а также разрабатывают чип, который сможет обрабатывать изображения с лазерного микроскопа в режиме реального времени. Его создание значительно расширит возможности оптической микроскопии, подытожили австрийские физики.
Источник: https://nauka.tass.ru/

Волоконные лазеры с когерентным регулируемым кольцевым режимом (ARM) позволяют выполнять сварку высокопрочной стали и других материалов в легких конструкциях автомобильных сидений.
Когда большинство из нас думают об автокреслах, нас обычно беспокоит комфорт и выбор цвета или, возможно, такие опции, как встроенный подогрев или массаж. Но для инженеров, которые проектируют и производят автомобильные сиденья, это еще не все.
В первую очередь, конечно же, это безопасность. Водитель и пассажиры буквально пристегнуты к сиденьям. В случае аварии механическая прочность конструкции сиденья является первой линией защиты пассажиров и предотвращения травм.
Но обратная сторона этого — вес. Потому что сделать конструкцию прочнее обычно значит сделать ее еще и тяжелее. И производители автомобилей находятся под огромным давлением, чтобы уменьшить вес автомобиля. Это повышает эффективность использования топлива и сокращает выбросы газовых автомобилей, а также увеличивает запас хода электромобилей. Это настолько важно в автомобильной промышленности, что для этого даже существует специальный термин — «облегчение».
Снимите нагрузку с высокопрочной стали
Как сделать автокресла одновременно прочными и легкими? Ключевым моментом является использование материалов, которые по своей природе прочнее, таких как сталь, титан и магниевые сплавы, чтобы отдельные компоненты могли быть тоньше и легче без ущерба для механической прочности. И использовать пластмассы, композиты или другие действительно легкие материалы для деталей, которые не вносят значительного вклада в прочность или жесткость сиденья.
Одной из последних разработок в конструкции автокресел является использование высокопрочной низколегированной стали (HSLA) и усовершенствованной высокопрочной стали (AHSS). Эти материалы имеют еще более высокое отношение прочности к весу, чем другие стали, поэтому они действительно полезны для достижения целей по снижению веса. Автопроизводители уже какое-то время используют их в рамах, а теперь и в сиденьях.
Проблема сварки высокопрочной стали
Современные автокресла состоят из большого количества отдельных деталей, собранных в достаточно сложные конструкции. Металл и другие материалы даже иногда комбинируют в многослойные композиты.
Дистанционная лазерная сварка (когда лазерная обрабатывающая головка находится на значительном расстоянии от детали) оказалась очень полезным инструментом для их изготовления по нескольким причинам. Во-первых, он может легко обрабатывать сложные трехмерные формы компонентов сиденья. И, особенно при использовании волоконного лазера мощностью несколько кВт или твердотельного лазера, он обеспечивает однородные, однородные сварные швы с глубиной провара, необходимой для соединения нескольких слоев толстого металла в виде многослойного слоя. Это также быстрый и гибкий метод.
Однако существуют проблемы со сваркой высокопрочной стали с использованием традиционных волоконных лазеров. Одним из них является брызги. Брызги образуют сварной шов с более высокой пористостью и дефектами, что означает низкую механическую прочность. По мере увеличения скорости сварки разбрызгивание усиливается, что ограничивает производительность.
Другой проблемой является непостоянная глубина проникновения. Это приводит к тому, что сварной шов не имеет одинаковой механической прочности по всей линии.
Растрескивание материала также является проблемой традиционных волоконных лазеров и опять же снижает механическую прочность. Растрескивание происходит, когда материал остывает слишком быстро. Обычно это происходит в конце сварного шва, где мощность лазера была внезапно отключена.
Дополнительная проблема с быстрым охлаждением высокопрочной стали заключается в том, что она иногда создает кристаллическую форму, называемую мартенситом. Несмотря на свою прочность, мартенсит также является самой хрупкой формой стали. Это означает, что он может треснуть, когда подвергается слишком большой нагрузке во время использования.
Ключом к преодолению всех этих трудностей является распространение лазерной энергии на большую площадь и более точный контроль над распределением лазерной энергии в этой области. Это позволяет более тщательно регулировать как температурный градиент, так и скорость охлаждения материала. Если все сделано правильно, это устраняет разбрызгивание, растрескивание и образование мартенсита.
Компания Coherent разработала технологию волоконного лазера с регулируемым кольцевым режимом (ARM) , чтобы обеспечить именно такой точный контроль над нагревом и охлаждением материала во время сварки. Лазер ARM использует двухлучевой выход. Это центральное пятно, окруженное вторым концентрическим кольцом лазерного излучения. Мощность в каждом из этих лучей может быть установлена независимо и даже модулирована, что обеспечивает желаемое управление. Лазеры ARM уже находят применение в других сложных автомобильных соединениях, таких как сварка аккумуляторов и сварка меди , которые требуют такого же мастерства.
Недавно крупный производитель автомобильных сидений попросил Coherent Labs провести серию испытаний сварки высокопрочных стальных материалов. В частности, речь шла о сварке внахлест пластин HSLA различной толщины с использованием волоконного лазера Coherent HighLight FL8000-ARM. Был использован специальный рецепт окончания сварки, который независимо снижал мощность в центральной и кольцевой балках.
Это испытание успешно продемонстрировало сварку без брызг и трещин при скорости процесса до 8,8 м/мин для самой тонкой комбинации материалов (общая толщина 2 мм) и 6,3 м/мин для самой толстой (общая толщина 5,7 мм). Эти скорости значительно выше, чем у традиционных волоконных лазеров. Во всех случаях проплавление сварного шва было очень равномерным благодаря регулированию мощности с обратной связью и присущей лазеру Coherent FL-ARM нечувствительности к обратному отражению.
Эти результаты испытаний показывают, что установка Coherent HighLight FL-ARM может обеспечивать высококачественные сварные швы с низким уровнем дефектов при сварке высокопрочной стали. Достигнутая высокая пропускная способность и надежность, присущая этому Технология волоконного лазера делает его экономически эффективным решением для производства автомобильных сидений. Это ставит автопроизводителей на место водителя при реализации самых передовых разработок и позволяет потребителям спокойно отдыхать с чувством комфорта и безопасности.
Источник: https://www.coherent.com/

Эффективную систему беспроводной подводной оптической связи разрабатывают ученые МТУСИ. Как сообщают исследователи, им впервые удалось смоделировать процесс передачи лазером сигнала в водной среде с учетом дисперсии светового луча. Результаты исследования были опубликованы в сборнике Proceedings Volume 12086, XV International Conference on Pulsed Lasers and Laser Applications.

Системы беспроводной подводной оптической связи (БПОС) — перспективная замена традиционным гидроакустическим системам связи, объяснили специалисты. Передача сигналов с использованием лазеров позволит многократно увеличить скорость обмена данными между подводными аппаратами и поверхностью, резко расширив возможности изучения Мирового океана и других водных сред.

Качество передачи сигналов в воде сильно зависит от ее состава и температуры. В больших водоемах преломление сигнала может резко меняться в зависимости от глубины и по мере удаления от берега. Эти факторы до сих пор мешают созданию надежных и эффективных систем управления подводными беспилотниками — фактически, намного проще связаться с луноходом, чем с подводным аппаратом на заметной глубине, объяснили специалисты.

К решению этой проблемы подошли ученые Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ). По их словам, созданная ими уникальная научная установка и математическая модель позволят подобрать оптимальные режимы работы передающего лазера. Также ученые продемонстрировали возможность создания дешевых и компактных оптических систем для высокоскоростной передачи данных на расстояния до 100 метров.

«Большая часть работ по моделированию подводного оптического канала связи учитывает эффекты затухания и рассеяния, однако без внимания оставалась дисперсия света — фактор, влияющий на дистанцию связи. На основе многочисленных экспериментов мы первые построили математическую модель для оценки хроматической дисперсии в оптическом канале связи, а также времени групповой задержки», — сообщил заведующий сектором «Перспективные технологии оптической связи» МТУСИ Павел Титовец.

Как объяснили ученые, современные системы подводной лазерной связи имеют высокую стоимость и способны поддерживать широкий канал связи только на небольших дистанциях. Преодолеть эти недостатки возможно за счет детального изучения способов модуляции лазерного сигнала, уверены специалисты МТУСИ.

Реализация БПОС, по словам ученых, позволит создать беспроводной «интернет» в любом водоеме, что позволит дайверам и водолазам эффективно общаться и отправлять на поверхность данные в режиме реального времени, в том числе и видео высокой четкости.

Сейчас научный коллектив занят проверкой предложенной модели и отладкой экспериментальной системы. В планах ученых — разработка способов квантового шифрования для этого канала связи, а также создание методики подавления «шумов», налагаемых водной средой на лазерный сигнал.

Источник: https://ria.ru/

Вдохновленные глазами трилобитов исследователи разработали миниатюрную камеру с бифокальным объективом и рекордной глубиной резкости. Камера может одновременно отображать объекты на расстоянии 3 см и 1,7 км. Работа опубликована в Nature Communications.
Исследователи из Национального института стандартов и технологий США изготовили набор крошечных металинз. Физики покрыли плоскую поверхность стекла миллионами крошечных прямоугольных столбиков наноразмера. Сформированная таким образом метаповерхность одновременно действовала как макролинза (для близких объектов) и телеобъектив (для удаленных).
Наностолбики улавливали свет фотографируемой сцены и разделяли его в зависимости от направления электрического поля: свет с левой и правой круговой поляризаций отклонялся под разным углом. Этого удалось добиться, благодаря расположению наностолбиков. Они были расставлены так, чтобы часть входящего света проходила через длинную сторону прямоугольника, а часть — через короткую. При прохождении светом большего расстояния угол отклонения увеличивался.
Разработчики объясняют, что свет, который преломляется под разным углом, попадает в разные фокусы камеры. Таким образом, в зависимости от того, прошел ли свет через более длинную или более короткую часть прямоугольных наностолбиков, металинза создает изображения близких или удаленных объектов. Глубина разрешения камеры составляет от нескольких см до 1,7 км.
Как отмечают исследователи, наибольшая проблема возникла с объектами, которые расположены на среднем расстоянии. Ученые использовали нейронную сеть, чтобы научить систему распознавать и исправлять дефекты (размытость или аберрация цвета) в объектах, которые находились посередине между ближним и дальним фокусом металинзы.
Разработанные металинзы повышают светосилу без ущерба для разрешения изображения. Кроме того, поскольку система автоматически корректирует аберрации, она обладает высокой устойчивостью к ошибкам, что позволяет исследователям использовать простые и легкие в изготовлении конструкции для миниатюрных линз,– Амит Агравал, соавтор исследования из Национального института стандартов и технологий.
Разработчики отмечают, что идею создания таких линз они позаимствовали из устройства глаз трилобитов (Dalmanitina socialis). Эти животные населяли океаны около 500 млн лет назад. Как отмечают исследователи, у этих морских существ были бифокальные глаза, каждый из которых установлен на стебельке и состоит из двух линз, преломляющих свет под разными углами. Такое устройство глаза позволяло трилобитам одновременно видеть плавающую поблизости добычу и дальних врагов, приближающихся с расстояния более км.
Источник: https://hightech.fm/

Невус Хори, дермальная меланоцитарная гиперпигментация, впервые был описана в 1984 как приобретенный двусторонний невус в виде пятен невуса Ота. Невус характеризуется множественными крапчатыми коричневыми, сине-коричневыми или серыми пятнами, билатерально расположенными на скуловой области, и встречается чаще у женщин. У мужчин чаще встречаются поражения кожи лба. Патогенез не ясен, но предполагается, что дермальные меланоциты активируются некоторыми триггерными факторами, такими как УФ-облучение, воспаление кожи и активация рецептора андрогенов. Некоторые пациенты имеют семейный анамнез невуса Хори. Хотя невус протекает бессимптомно, он представляет косметическую проблему для пациентов. В Китае провели исследование эффективности александритового лазера у 482 пациенток женского пола (возраст от 16 до 52 лет с медианой 26 лет). Доля пациенток со светло-коричневыми, сине-коричневыми и серыми поражениями составляла 44,61%, 19,92% и 35,19% соответственно.Тип кожи по Фитцпатрику III и IV составляли 13% и 87% соответственно. Лечение проходило александритовым лазером с модуляцией добротности, длиной волны 755 нм и плотностью потока энергии 5-8 Дж/см2. Среднее количество процедур составило 2,72 сеанса с интервалом от 5 до 120 недель (медиана 24 недели). Среднее время между первым лечением и окончательной оценкой составило 47,69 недели. 232 пациентки (48%) прошли только два сеанса лечения. Пациентки, прошедшие 3 и 4 сеанса лечения, составили 34% и 18% соответственно. После лечения у 53% пациенток наблюдалось снижение пигментации более чем на 75%, в то время как только у 19% пациентов наблюдалось улучшение пигментации менее чем на 50%. В некоторых случаях поражения почти полностью исчезали после одного или двух сеансов лечения. Показатель улучшения не коррелировал с возрастом, возрастом начала заболевания, продолжительностью заболевания и уровнем плотности потока. Побочные реакции были временными и главным образом это были легкая эритема и отек. У небольшой части больных (15%) отмечалась гиперпигментация, которая исчезала в течение 2-6 мес.
Источник: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/

Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали и запатентовали новый уникальный состав фотокатализаторов для очистки сточных вод от трудноокисляемых соединений. Структура материала не только эффективна, но и удобна для извлечения отработанных частиц из воды.
Сегодня фотокатализаторы — популярная тема в научном сообществе. Актуальность их состоит в вопросе разложения трудноокисляемых соединений в сточных водах коксохимического производства, в красильных цехах текстильных фабрик, на нефтехимических и химических заводах.
Принцип действия фотокатализа заключается в том, что с помощью солнечного света или ультрафиолета, который попадает на гранулы, фотокатализатор получает энергию, и образуются свободные пары электрон-дырка. На основе этого происходит взаимодействие свободной пары с водой, образуются радикалы, которые непосредственно разлагают трудноокисляемые соединения.
Ученым ЮУрГУ удалось создать уникальный катализатор для очистки сточных вод, не причиняя вреда окружающей среде. По словам Анны Уржумовой, лаборанта кафедры экологии и химической технологии ЮУрГУ, разработка отличается от всего, что предлагалось другими ранее:
«Уникальность нашей разработки в том, что фотокаталитические наночастицы диоксида титана внедрены в гранулы из силикагеля, что позволяет увеличить размер фотокатализатора, не уменьшая удельную поверхность. Гранулы легко осаждать в отстойниках и удалять из реакционной среды. Аналоги на данный момент есть, но в виде наноразмерных частиц, и удалить их из воды очень сложно. В воде они находятся в виде взвеси, и только с помощью центрифуги можно их удалить», — объясняет Анна Уржумова.
И действительно, современные коксохимические предприятия до сих пор используют более сложные способы очистки воды. Они мало того, что низкоэффективные, но и менее безопасны для окружающей среды, поскольку трудноокисляемые соединения не перерабатываются природой. Это и пестициды, и фенолы, и красители текстильных фабрик. Также существуют методы биологической очистки, но они не позволяют добиваться нормативных показателей загрязнения сточных вод.
Ученые не только успели провести испытания своего изобретения, но и запатентовали гранулы из силикагеля, которые получили из золя кремниевой кислоты ионообменным способом, в который внедрены фотокаталитические наночастицы диоксида титана с размером зерен 20 нанометров. Диоксид титана же был получен пироксометодом с гидротермальной обработкой.
Его используют в большом количестве материалов, он безвреден. Встречается, например, в солнцезащитном креме либо как консервант. Силикагель тоже не наносит вред окружающей среде. По сути, он создан на основе кремния. Поэтому способы получения и золя кремниевой кислоты, и самого диоксида титана безопасны и никак не могут навредить окружающей среде.
«В роли разложения трудноокисляемых соединений выступает именно диоксид титана. Чем меньше размер фотокаталитических частиц, тем он эффективнее, поэтому используются наночастицы. Но из-за их неспособности агрегироваться уменьшается их удельная поверхность, он становится менее эффективным. С помощью силикагеля искусственно наращивается размер гранул, чтобы их можно было легко удалить из очищаемой воды. Сам силикагель ничего не очищает, а лишь используется как инертная подложка», – говорит Анна Уржумова.
Для проверки эффективности фотокатализатора ученые использовали красители: метиленовый синий, метиловый оранжевый, метиловый фиолетовый. Гранулы подвергали ультрафиолетовому облучению с помощью самодельного оборудования на основе светодиодных ламп в течение разного времени. С помощью спектрофотометра изобретатели измеряли концентрацию излучения каждые пятнадцать минут, чтобы определить, с какой эффективностью разлагаются трудноокисляемые соединения, и постепенно наблюдали обесцвечивание раствора.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Исследовательская группа под руководством профессора Фрайбургского университета Александра Рорбаха разработала метод лазерной микроскопии, который они назвали вращающимся когерентным рассеянием (ROCS). Технология основана на быстром вращении синего луча.
Лазер вращается вокруг исследуемого объекта под разными углами 100 раз в секунду. Каждые десять мс на основе рассеянного света формируется изображение со сверхвысокой четкостью.
«Мы используем несколько физических явлений, известных из повседневной жизни, — рассказывает Рорбах. — Прежде всего, то, что маленькие объекты, такие как молекулы, вирусы или клеточные структуры, больше всего рассеивают синий свет».
Такую специфику крошечных объектов, как отмечают ученые, легко показать на примере неба. Молекулы воздуха больше всего рассеивают синюю часть солнечного спектра, из-за чего дневное небо нам кажется голубым. В контексте микроскопии маленькие объекты, по словам авторов разработки, рассеивают и направляют в камеру примерно в десять раз больше частиц синего света, чем частиц красного света.
Второй особенностью, также позаимствованной из реального мира, стал очень низкий угол наклона, под которым луч направляется на исследуемый объект. Исследователи говорят, что изображения частиц становятся четче под наклоненным к плоскости объекта лазерным лучом также, как отпечатки пальцев лучше видны на бокале, если смотреть на него под углом к свету.
Кроме того, ученые освещают объект косым лазерным лучом последовательно со всех сторон, чтобы избежать возможных искажений и артефактов.
Исследователи продемонстрировать работу микроскопа на различных клеточных системах. Например, ученым удалось заснять, как стимулированные тучные клетки всего за несколько миллисекунд открывают маленькие поры, чтобы выстрелить сферическими гранулами с необъяснимо высокой силой и скоростью. Гранулы содержат мессенджер гистамин, который впоследствии может привести к аллергическим реакциям.
В других экспериментах ученые смогли наблюдать на многих тысячах изображений, как филоподии — длинные нитевидные «пальцы» макрофагов — сканируют свое окружение в поисках добычи сложным дрожащим движением и как их цитоскелет может изменяться с неизвестной ранее скоростью.
Вирусоподобные частицы пытаются попасть в клетку
«Нашей основной целью не было создание красивых изображений или фильмов с неожиданно высокой динамикой клеток — мы хотели получить новые биологические знания», — говорит Рорбах.
Источник: https://hightech.fm/

Лазеры на Международной космической станции являются частью исследования глобальной динамики экосистем НАСА (GEDI). Каждую секунду они посылают на Землю 242 быстрых импульса света, которые отражаются от поверхности нашей планеты и могут быть использованы для создания трехмерных профилей земной поверхности. Основная миссия GEDI заключается в измерении высоты деревьев и структуры леса, чтобы оценить количество углерода, накопленного в лесах и мангровых зарослях. Однако новое исследование, поддержанное NASA Harvest, показывает, что эти данные также могут быть использованы для составления карт, где выращиваются различные виды сельскохозяйственных культур.
Составление карт мест выращивания определенных культур важно для оценки их общего производства в мире. Но, по данным НАСА, было трудно корректно отобразить типы сельскохозяйственных культур из космоса, потому что многие растения могут выглядеть одинаково на оптических снимках.
Дэвид Лобелл — сельскохозяйственный эколог из Стэнфордского университета является руководителем проекта NASA Harvest. Он и его команда начали использовать данные GEDI для картографирования кукурузы. При полном выращивании средние стебли кукурузы примерно на метр выше, чем у других культур, и эта разница заметна в профилях GEDI.
Используя этот факт, данные профиля лидара от GEDI были объединены с оптическими снимками со спутников Европейского космического агентства Sentinel-2. Они смогли дистанционно нанести на карту поля с кукурузой в трех регионах, где имелись надежные наземные данные для подтверждения их наблюдений: штат Айова в США, провинция Цзилинь в Китае и регион Гранд-Эст во Франции.
Алгоритм Стэнфорда правильно отличал кукурузу от других культур с точностью более 83%. Модель, использующая только данные Sentinel-2, имела общую среднюю точность 64%.
Читать полностью: https://www.agroxxi.ru/

Страница 1 из 16

© 2022 Лазерная ассоциация

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск