پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت یورونیوز، در یک مرکز تحقیقاتی در شهرک مگورل در نزدیکی بخارست پایتخت رومانی، دانشمندان قدرتمند‌ترین لیزر جهان را در دست ساخت دارند. فناوری نوینی که نوید پیشرفت‌های انقلابی در همه چیز، از بخش سلامت گرفته تا فضا، را می‌دهد.

تاریخچه

شرکت تحقیقاتی  فرانسوی «تالس» که اکنون بر اکتساب فناوری لیزرهای پرقدرت متمرکز است، پیشتر جایزه نوبل را به خود اختصاص داده است. ژرار مورو فرانسوی و دونا استریکلند از کانادا، جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۸ را برای استفاده از قدرت لیزر در ابزارهای دقیق پیشرفته در جراحی چشم و همچنین در صنعت برده بودند. در بیانیه آکادمی نوبل درباره این ابداع آمده بود:

«پرتوهای نور لیزر به ما فرصت‌های جدیدی برای تعمیق دانش‌مان در مورد جهان و شکل دادن به آن داده است.»

این پروژه در قالب پروژه زیرساخت «الی» (ELI) اتحادیه اروپا آغاز به کار کرده است.

ژرار مورو که اکنون ۷۹ ساله است با اشاره به «گام عظیم برداشته‌شده» و «قدرت‌های خارق‌العاده» لیزر جدید می‌گوید:

«ما از یک ذره نورانی کوچک با انرژی بسیار بسیار کم شروع می‌کنیم و سپس آن را میلیون‌ها و میلیون‌ها بار تقویت می‌کنیم.»

دانشمندان در قرن بیستم تلاش خود را برای ایجاد لیزرهای قدرتمندتر آغاز کردند. با این حال در اواسط دهه هشتاد میلادی آنها به بن‌بست رسیدند، زیرا نمی‌توانستند بدون از بین رفتن عاملی که پرتو را تقویت می‌کرد قدرت لیزر را افزایش دهند.

در همین زمان بود که ژرار مورو و دانشجوی آن زمانش، استریکلند، تکنیکی به نام «تقویت پالس چیرپ»(CPA) را اختراع کردند که توانست در عین حفظ منبع شدت‌دهنده، قدرت لیزر را افزایش دهد.

شیوه انجام

در واقع این کار با بسط یک پالس لیزری فوق‌کوتاه، تقویت آن و فشرده کردن مجدد آن به هم کار می‌کند و به این شیوه کوتاه‌ترین و شدیدترین پالس‌های لیزری را ایجاد می‌کند که جهان تاکنون دیده است.

این روش قبلاً در عمل جراحی لیزر چشم یا تصحیح بینایی با لیزر (لیزیک) استفاده می‌شد، اما اکنون راه را برای دانشمندان باز کرده است تا قدرت لیزر را بیش از پیش افزایش دهند و آن را برای مصارف دیگر به کار گیرند.

آقای مورو در این باره گفت:

«ما از این پالس‌های بسیار شدید برای تولید شتاب‌دهنده‌های ذرات فشرده‌تر و ارزان‌تر استفاده خواهیم کرد تا سلول‌های سرطانی را از بین ببریم. سایر کاربردهای احتمالی این فناوری شامل تصفیه زباله‌های هسته‌ای با کاهش مدت زمان رادیواکتیویته آن یا پاکسازی زباله‌های انباشته شده در فضا است.»»

وی اضافه کرد: «همانطور که قرن گذشته قرن الکترون بود، قرن بیست و یکم قرن لیزر خواهد بود.»

مقیاس عملیات انجام‌گرفته در مرکز تحقیقات بخارست سرگیجه‌آور است. سیستم ساخته‌شده در این مرکز قادر است ذره را برای مدت زمان بسیار کوتاه یعنی یک فمتوثانیه (یک میلیونیم یک میلیاردم ثانیه) به توان ۱۰ پتاوات (۱۰ به توان ۱۵ وات) برساند.

فرانک لیبریچ، مدیر عامل پروژه لیزری تالس، گفت «۴۵۰ تن تجهیزات» با دقت نصب شده تا «سطح عملکرد استثنایی» به دست آید.

این مرکز تحقیقاتی با فناوری پیشرفته ۳۲۰ میلیون یورو در سال هزینه دارد که عمدتاً توسط اتحادیه اروپا تأمین مالی می‌شود. شرکت تالس آن را «بزرگترین سرمایه‌گذاری در تحقیقات علمی در رومانی» دانسته است.

این در شرایطی است که همزمان کشورهایی از جمله فرانسه، چین و ایالات متحده در حال پیشبرد پروژه‌های خود برای تولید لیزرهای قدرتمندتر هستند.

پایگاه اطلاع‌رسانی ایران رصد، به نقل از سایت phys.org، یک صفحه تخت از اتم‌ها می‌تواند به عنوان نوعی آنتن دو بعدی عمل کند که نور را جذب و انرژی آن را به نانولوله‌های کربنی هدایت کند و باعث شود آنها بدرخشند. این پیشرفت می‌تواند به توسعه دستگاه‌های کوچک منتشر کننده نور در آینده که از اثرات کوانتومی بهره‌برداری می‌کنند، کمک کند.

نحوه عملکرد

نانولوله‌های کربنی شبیه سیم‌های بسیار نازک و توخالی با قطری حدود یک نانومتر هستند. آنها می توانند به طرق مختلف نور تولید کنند. برای مثال، یک پالس لیزر می‌تواند الکترون‌های با بار منفی درون ماده را تحریک کند و «سوراخ‌هایی» با بار مثبت باقی بگذارد. این بارهای متضاد می توانند با هم جفت شوند و حالتی پرانرژی به نام اکسایتون را تشکیل دهند که ممکن است قبل از اینکه انرژی خود را به عنوان نور آزاد کند، در طول یک نانولوله نسبتاً دور حرکت کند.

در اصل، این پدیده می تواند برای ساخت دستگاه های ساطع کننده نور در مقیاس نانو بسیار کارآمد مورد بهره برداری قرار گیرد.

محدودیت‌ها

متأسفانه، سه مانع برای استفاده از لیزر برای تولید اکسیتون‌ها در نانولوله‌های کربنی وجود دارد. اولاً، یک پرتو لیزر معمولاً ۱۰۰۰ برابر گسترده‌تر از یک نانولوله است، بنابراین مقدار بسیار کمی از انرژی آن در واقع توسط مواد جذب می‌شود. دوم، امواج نور باید کاملاً با نانولوله هماهنگ شوند تا انرژی خود را به طور مؤثر ارائه کنند. در نهایت، الکترون‌های یک نانولوله کربنی تنها می توانند طول موج‌های بسیار خاصی از نور را جذب کنند.

برای غلبه بر این محدودیت‌ها، تیمی به رهبری Yuichiro Kato از آزمایشگاه فوتونیک کوانتومی نانومقیاس RIKEN به کلاس دیگری از نانومواد، معروف به مواد دو بعدی، روی آوردند. این صفحات تخت فقط چند اتم ضخامت دارند، اما می‌توانند بسیار گسترده‌تر از پرتو لیزر باشند و در تبدیل پالس‌های لیزر به اکسیتون بسیار بهتر هستند.

فرایند اجرا

محققان نانولوله های کربنی را بر روی یک ترانشه که از یک ماده عایق تراشیده شده بود رشد دادند. آنها سپس یک پوسته نازک اتمی از تنگستن دیزلنید را در بالای نانولوله ها قرار دادند. هنگامی که پالس‌های لیزر به این پوسته برخورد می‌کنند، اکسیتون‌هایی تولید می‌کنند که به درون نانولوله و در طول آن حرکت می‌کنند، قبل از اینکه نوری با طول موج بلندتر از لیزر آزاد کنند. تنها یک تریلیونم ثانیه طول کشید تا هر اکسایتون از ماده دو بعدی به نانولوله عبور کند.

با آزمایش نانولوله‌هایی با طیف وسیعی از ساختارهای مختلف که بر سطوح انرژی حیاتی در مواد تأثیر می‌گذارند، محققان اشکال نانولوله‌ای ایده‌آل را شناسایی کردند که انتقال اکسیتون‌ها از مواد دو بعدی را تسهیل می‌کنند.

بر اساس این نتیجه، آنها قصد دارند از مهندسی باند (یک مفهوم مفید در مهندسی نیمه هادی برای تحقق بخشیدن به دستگاه هایی با خواص برتر) در مقیاس ریز اتمی استفاده کنند.

کاتو می گوید:

زمانی که مهندسی باند در نیمه هادی‌های کم بعدی اعمال می شود، انتظار می رود ویژگی های فیزیکی جدید و قابلیت‌های نوآورانه ظاهر شوند.

کاتو می‌افزاید:

امیدواریم از این مفهوم برای توسعه دستگاه‌های فوتونیک و اپتوالکترونیکی که فقط چند لایه اتمی ضخامت دارند، استفاده کنیم. اگر بتوانیم آنها را تا حد نازک اتمی کوچک کنیم، انتظار داریم اثرات کوانتومی جدیدی پدیدار شوند که ممکن است برای فناوری‌های کوانتومی آینده مفید باشند.

این مقاله در مجله Nature Communications منتشر شده است.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت تک اکسپلور، محققان یک مرکز فناوری در کشور استرالیا در حال پژوهش بر روی فناوری ربات‌های آینده هستند که قادر به حرکت مستقل در جبهه‌های آتش سوزی طبیعی جنگل‌ها و ارسال اطلاعات ارزشمندی به ستادهای آتش نشانی خواهند بود.

آتش‌سوزی‌ها می‌توانند با سرعت شگفت‌انگیزی حرکت کنند. زمین، میزان پوشش گیاهی و آب و هوا همگی تأثیر زیادی بر چگونگی گسترش آتش دارند. یک قدم جلوتر ماندن کار ساده ای نیست، اما محققان آتش سوزی ما روی آن کار می کنند.

آتش نشان ها باید بدانند که آتش سوزی های بوته ها کجا هستند، تا چه اندازه و با چه سرعتی می توانند گسترش پیدا کنند و چقدر می توانند خطرناک شوند. به خصوص زمانی که بیش از یک آتش برای اولویت بندی وجود دارد.

اما دریافت اطلاعات روی زمین اغلب می تواند آتش نشانان را به طور خطرناکی به آتش سوزی های فعال نزدیک کند. پهپادها می توانند منظره ای از آسمان ارائه دهند. اما آنها با دود و باد مبارزه می کنند، برای پرواز به مجوز نیاز دارند و عمر باتری محدودی دارند.

دانشمندان در مرکز فناوری های پیشرفته کویینزلند (استرالیا) در حال کار روی ربات هایی هستند که قادر به رفتن به درون جبهه‌های آتش خواهند بود. برخی از این ربات ها روی پای خود راه می روند و برخی دیگر روی مسیرهای ریلی. این ربات ها با رسیدن به جبهه آتش می توانند اطلاعات ارزشمندی را برای ستادهای آتش نشانی ارسال کنند. این اطلاعات شامل مکان آتش سوزی، مسیر حرکت آتش و میزان وجود سوخت (برای آتش) در مسیر هستند.

این ربات ها قادر به حرکت بطور مستقل به سمت جبهه آتش و بازگشت از آن و همچنین تهیه تصاویر، موقعیت مکانی و سایر نتایج هستند. ربات ها این اطلاعات را به پلتفرم هایی بر پایه ابر (cloud-based) منتقل می‌کنند و مقامات از راه دور قادر به نظارت بر آنها هستند.

ربات‌های آینده

دانشمندان مرکز فناوری‌های پیشرفته کوئینزلند Data61 روی ربات‌هایی کار می‌کنند که می‌توانند به جبهه‌های آتش سفر کنند. برخی روی پاها حرکت می کنند و برخی دیگر در مسیر حرکت می کنند. پس از حضور در جبهه، آنها می توانند اطلاعات ارزشمندی را به ستاد آتش نشانی ارسال کنند. این شامل محل آتش سوزی، حرکت آن و میزان سوخت در مسیر آن می شود.

این فناوری هنوز در حال توسعه است. سال گذشته تیم رباتیک Data61 ما به خدمات آتش نشانی نشان داد که چگونه این روبات ها می توانند در هنگام آتش سوزی در جنگل کمک کنند. آنها به نمایندگانی از خدمات زمین و حیات وحش کوئینزلند، Firesticks Alliance، و Digital Earth استرالیا، و همچنین محققان و توسعه دهندگان دانشگاه کوئینزلند، کاتالینک و وناکا تظاهرات کردند.

ربات هایی که در خط مقدم با آتش می جنگند

این ربات ها قادر خواهند بود به طور مستقل به سمت جبهه آتش حرکت کنند. آنها می توانند تصاویر، موقعیت های جغرافیایی و نتایج دیگر را ثبت کنند. آنها آنها را به یک پلتفرم مبتنی بر ابر منتقل می کنند، که مقامات می توانند از دور نظارت کنند.

لیزرهای سنجش از راه دور روی برد نیز می توانند تراکم درخت و برگ را اندازه گیری کنند. این به پیش بینی میزان سوخت در مناطق اطراف کمک می کند.

تام لو، دانشمند ارشد تجربی، گفت ربات ها در مناطقی مستقر خواهند شد که برای آتش نشانان بسیار خطرناک است.

تام گفت: با استفاده از این پلتفرم آنلاین، می‌توانید نقشه‌ای از آنچه روبات‌های زمینی پیدا کرده‌اند را مشاهده کنید.

“اگر تعدادی از این ربات های زمینی را داشتید که در مقابل آتش جستجو می کردند، حجم عظیمی از اطلاعات را در اختیار داشتید. سپس می توانید آن را با داده های یک هواپیمای بدون سرنشین و حتی اطلاعات جمع آوری شده از رسانه های اجتماعی ترکیب کنید. “

در حالی که این فناوری هنوز در حال توسعه است، این ربات ها در عرض چند سال می توانند آتش های واقعی را مهار کنند.

تام گفت:

“انتظار ندارم امسال شاهد کارکرد اینها در آتش سوزی های فعال باشیم، اما تا پایان دهه فکر می کنم این احتمال بسیار زیاد است.”

بیست سال پیش، مردم انتظار نداشتند که از پهپادهای هوایی در آتش نشانی مانند الان استفاده شود. و احتمالاً ۱۰ سال از روبات های زمینی جلوتر هستند.

تلاش تحقیقاتی بین المللی

ناویندا کوتگه، مدیر تحقیقات سیستم های فیزیکی-سایبری، گفت ربات های زمینی می توانند جان انسان ها را نجات دهند.

ناویندا گفت:

این ربات‌های زمینی می‌توانند روش مبارزه با آتش‌سوزی‌های خطرناک را تغییر دهند.

آنها توانایی درک محل قرارگیری جبهه های آتش و بارهای سوخت در جنگل یا بوته را از طریق پلت فرم وب در زمان واقعیدارا بوده و این برای آتش نشانان ارزشمند بوده و این مهم ترین مزیت این ربات‌ها در عدم نیاز آتش نشان ها به نزدیک شدن به آتش سوزی های بسیار خطرناک است.

این تحقیق بخشی از پروژه سیلوانوس اتحادیه اروپا است. این شامل محققانی از اروپا، استرالیا، اندونزی و برزیل است. Silvanus یک تلاش بین المللی برای توسعه یک پلت فرم مدیریت مقاوم سازی جنگل در برابر خطرات طبیعی است. هدف آن پیشگیری و سرکوب آتش سوزی در صورت نیاز است.

این پلت فرم از تصمیم گیری برای کمک به مقامات برای آمادگی بهتر برای آتش سوزی پشتیبانی می کند. آن همچنین به ساده کردن واکنش در هنگام وقوع آتش سوزی کمک می نماید.

این پروژه ارتباطات بی سیم، تشخیص از راه دور و مدل سازی رفتار آتش را یکپارچه می کند. این شامل هماهنگ کردن داده ها از هواپیماهای بدون سرنشین و ربات های زمینی در یک پلت‌فرم واحد برای مقامات آتش نشانی است.

استفاده از فناوری «رباتیک و عملیات کنترل فوجی» کمک خواهد نمود تا ربات‌ها هم همکاری نمایند تا مناطق وسیعی را پوشش داده و اطلاعات را برای مرکز کنترل آتش نشانان خارج از محدوده آتش سوزی فراهم نمایند.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، براساس مقاله متشر شده در سایت ساینس دایرکت، در حالی که خودروهای برقی بیشتری وارد جاده‌ها می‌شوند، تاثیر زیست محیطی ناشی از تولید باتری‌های این خودروها نیز افزایش خواهد یافت. ین مساله یک سوال مهم ایجاد می‌کند؛ چه نوع از باتری خودروی الکتریکی در مقیاس بالا سازگاری بیشتری با محیط زیست خواهد داشت؟ در این حال، یک مطالعه منتشرشده در اول فوریه در نشریه IEEE Access حاکی از این است که پس از بررسی پنج نوع مختلف از سلول های باتری خودروی الکتریکی مشخص شد که سلول های باتری لیتیوم-سولفور بیشترین سازگاری را با محیط زیست دارند.

نتایج این بررسی‌ها همچنین نشان داده است سلول‌هایی که بر فلزات گرانبها و حیاتی متکی نیستند، برای تضمین تولید پایدار این باتری‌ها نقش اساسی دارند.

متداول‌ترین باتری خودروهای برقی در حال حاضر باتری سلول لیتیوم-یون است اما بسیاری از انواع دیگر باتری هم در حال تولید و آزمایش شدن هستند و انتظار می رود در سال های آینده وارد بازار شوند. هر کدام از این باتری‌ها نقاط ضعف و قوت خاص خود را دارند.

انواع باتری مورد استفاده در خودروها

امروزه، بیشتر خودروهای الکتریکی (EVs) به دلیل چگالی انرژی بالا، چگالی توان بالاتر و درجه توسعه نسبت به سایر فناوری‌های باتری، از باتری‌های لیتیوم یون (Li-ion) تغذیه می‌شوند.

با پیشرفت فناوری Li-ion و افزایش ناوگان خودروهای برقی، درک اثرات زیست محیطی تولید انبوه بسته‌های باتری برای خودروهای الکتریکی مهم است.

با این حال، با تراکم انرژی ۸۰ تا ۱۵۰ وات ساعت بر کیلوگرم، باتری‌های لیتیوم یون فعلی قادر به تامین انرژی خودروهای الکتریکی برای محدوده رانندگی قابل مقایسه با خودروهای معمولی نیستند. باتری‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S) به عنوان فناوری باتری امیدوارکننده با ظرفیت نظری و چگالی انرژی بالاتر نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی که امروزه استفاده می‌شوند، ظاهر شده‌اند.

علاوه بر این، باتری‌های Li-S به دلیل ترکیب شیمیایی در مقایسه با باتری‌های Li-ion احتمالاً مشخصات محیطی کمتری دارند. برای تأیید این بیانیه، این مطالعه یک ارزیابی چرخه عمر (LCA) سلول‌های باتری Li-S (در حال توسعه صنعتی در حال حاضر) را انجام می‌دهد که بر این اساس برای تخمین عملکرد آنها به عنوان باتری برای خودروهای برقی مقیاس‌بندی شده‌اند.

این مقایسه تأثیر هر باتری و مزایای بالقوه را از نظر مقادیر شاخص تأثیر زیست محیطی فناوری Li-S ارائه می دهد. اثرات باتری Li-S با یک باتری نیکل- کبالت- منگنز (NCM) در فاصله رانندگی مشابه مقایسه می شود.

نتایج ارزیابی 

نتایج ارزیابی اثرات زیست‌محیطی نشان می‌دهد که باتری‌های Li-S نسبت به باتری‌های NCM مطلوب‌ترین مشخصات زیست‌محیطی را نشان می‌دهند، به‌ویژه در دسته‌های کاهش منابع طبیعی که در آن باتری‌های Li-S 70 تا ۹۰ درصد مقادیر کمتری نسبت به باتری‌های Li-ion دارند. .

باتری‌هایی که در «آند» خود سیلیکون دارند مانند باتری‌های سیلیکون-پلی‌اکریلونیتریل (SiCPAN) و سلول های نانووایر سیلیکونی (SiNW) چگالی انرژی بسیار بالاتری نسب به باتری‌های سنتی لیتیوم-یون دارند که با آندهای گرافیتی ساخته می‌شوند. اما این باتری‌های سیلیون‌پایه در حال حاضر مستلزم استفاده از فلزات گرانبها مانند نقره هستند. گزینه‌ دیگری که آنها نیز مستلزم کاربرد فلزات گرانبها هستند.

باتری لیتیوم-سولفور

در نهایت، سلول های لیتیوم-سولفور در حال ظهور به عنوان یکی از گزینه‌های امیدوارکننده برای ساخت باتری‌های خودروهای الکتریکی هستند زیرا از حیث تئوریک ظرفیت و چگالی انرژی بالایی دارند بدون اینکه دربرگیرنده فلزات نادر زمین باشند. اما با وجود این مزیت‌ها، پیشرفت های فناورانه بیشتری برای تحقق پتانسیل کامل این سلول ها مورد نیاز است.

در همین حال محققان دانشگاه پلی‌تکنیک تورین ایتالیا با انجام آزمایش هایی درباره انواع مختلف باتری‌های خودرو، این سلول ها را از حیث تاثیر آنها روی ۶ معیار آنالیز کردند. این معیارها عبارت بودند از تغییرات آب و هوایی یا میزان کل گاز گلخانه‌ای منتشرشده در طول فرایند تولید؛ اسیدی‌سازی یا انتشار اکسید سولفوریک یا نیتروژن؛ غنی شدن محیط های آبی یا اوتریفیکاسیون (eutrophication) آب‌های شیرین؛ سمی‌سازی آب های شیرین (ecotoxicity) یا وارد کردن مواد سمی به منابع آبی؛ استفاده از سوخت های فسیلی در تولید و در نهایت تخلیه‌کردن ذخایر معدنی و فلزی.

نتایج این بررسی نشان داد که در مجموع باتری‌های لیتیوم-سولفور بیشترین سازگاری را با محیط زیست دارند. این باتری در مورد چهار معیار از ۶ معیار ذکرشده عملکرد بهتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یون دارند.

«ایزیو اسپیسا» از محققان بخش انرژی دانشگاه پلی تکنیک تورین گفت:

توصیه ما ادامه تحقیقات برای یافتن بهترین راه حل از حیث عملکرد و هزینه ضمن در نظر داشتن مزایا و تاثیرات زیست محیطی است.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت ساینس تک دیلی، تقلید فرایند فتوسنتز از طریق تولید صنعتی پروکسید هیدروژن به روش سنتی از طریق فرایند آنتراکوئینون (anthraquinone) با استفاده از هیدروژن و اکسیژن مصرف انرژی بالایی دارد. این رویکرد از مایعات حلّال سمی و کاتالیست‌های فلزی گران‌قیمت استفاده می‌کند و مقدار زیادی ضایعات به علت واکنش‌های جانبی تولید می‌کند.

اما در مقابل، تولید فتوکاتالیستی H۲O۲ از اکسیژن و آب، یک مسیر آرام و پاک همراه با بهره‌وری انرژی ارائه می‌دهد. مساله مهم‌تر اینکه این روش به ضعف‌های متداول سیستم‌های کنونی فتوکاتالیستی از قبیل فعالیت پایین، استفاده زیاد از مواد الکلی بیشتر و نیز نیاز به استفاده از ورودی گاز اکسیژن خالص هم رسیدگی می‌کند.

اکنون، یک تیم تحقیقاتی با هدایت پروفسور «جیانگ دونگلین» از دانشکده شیمی دانشگاه ملی سنگاپور یک نوع جدید از فتوکاتالیست برای فتوسنتز مصنوعی کارآمد H۲O۲ از آب و هوا ابداع کرده است.

محققان برای این منظور چهارچوب‌های ارگانیک کوالانسی شش ظرفیتی (hexavalent) ساختند و به موازات آن، منفذ نیز با کانال‌های ریزمتخلخل با حساسیت هیدرولیکی مهندسی شده است که بتواند مواد واکنش‌پذیر یعنی آب و اکسیژن را بطور فوری منتقل کند.

در نتیجه، این چهارچوب‌های ارگانیک شش ظرفیتی (COFs) زمانی که در معرض نور مرئی در رآکتورهای خاص قرار می‌گیرند، بطور موثر و خودبخود H۲O۲ را از آب و هوای اتمسفری تولید می‌کنند.

این COFs ها در شرایط آزمایشگاهی کارآمدی کوانتومی ۱۷.۵ درصدی تحت نور مرئی نشان داده اند. این سیستم می‌تواند برای ساختن سطوح خود تمیزکننده و کارهای ضدعفونی به کار رود.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت ساینس دیلی، پژوهشگران دانشگاه ملی سنگاپور نوع جدیدی از سلول‌های خورشیدی با بهره‌وری بالا، را ابداع کردند. این سلول خورشیدی از نوع سه اتصالی پروسکیت (perovskite/Si tandem) است که در بهره‌وری تبدیل انرژی به سطح ۲۷.۱ درصد در سانتی‌مترمربع رسیده است. این میزان بهره وری بهترین عملکرد در این نوع سلول ها تا کنون به شمار می رود.

این محققان به این منظور یک سلول خورشیدی پروسکیت با سیانات یکپارچه (cyanate-integrated) را به صورت دو لایه‌ای و چند اتصالی به منظور افزایش بهره وری طراحی و نمونه آزملیشگاهی آن را تولید کرده‌اند.

هر کدام از لایه‌ها از مواد فتوولتاییک مختلفی ساخته شده و در گستره متفاوتی انرژی خورشیدی را جذب می‌کند. اما فناوری‌های کنونی سلول‌های خورشیدی چنداتصالی مشکلات زیادی دارند از جمله اینکه سبب هدررفت انرژی می شود که موجب ولتاژ پایین و ناپایداری وسیله در زمان عملیات است.

«هو» استادیار دانشگاه ملی سنگاپور و مدیر تیم پروژه گفت:

مساله قابل توجه این است که، بعد از ۱۵ سال تحقیقات مداوم در حوزه سلول های خورشیدی پروسکیت پایه، این کار اولین تجربه موفق در تزریق سینات در داخل پروسکیت برای تقویت بهره‌وری پایداری ساختار تبدیل انرژی است.

برای غلبه بر این مشکلات، «هو» رهبری گروهی از دانشکده طراحی و مهندسی را برعهده گرفت تا برای اولین بار تزریق موفقیت آمیز سینات در یک سلول خورشیدی پروسکیت را به اثبات برساند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه سنگاپور آزمایشات خود را روی «سینات» انجام داد که یک نوع «سودوهالید» (pseudohalide) است و از آن به عنوان جایگزینی برای برومید استفاده کردند.

بهره‌وری تئوریک سلول های خورشیدی تاندمی سه اتصالی پروسکیت از ۵۰ درصد بالاتر رفته که این نشان دهنده پتانسیلی برای بهبود و ارتقای بیشتر است؛ به خصوص در زمینه کاربرد در فضای نصب محدود. این محققان قصد دارند در گام بعدی این فناوری برای ماژول‌های بزرگتر بدون کاهش بهرهوری و پایداری ارتقاء دهند.

در حالت کلی، ساختمان ها برای مقاومت در برابر نیروهای عمودی همچون گرانش و وزن آماده شده‌ اند؛ اما زلزله در این دسته نیروها قرار ندارد. زلزله باعث وارد شدن نیروهای افقی به سازه می‌ شود. این نیروی افقی، دیوار، کف‌، ستون‌، تیر و رابط‌ ها را به ارتعاش در می‌ آورد. تفاوتی که در بین حرکت پایین و بالای ساختمان‌ ها وجود دارد، باعث ایجاد فشار شدیدی بر سازه شده و در نتیجه ساختمان فرو می‌ ریزد. قبل از پرداختن به بررسی انواع روش‌ های مقاوم‌ سازی ساختمان، باید بتوانیم نقاط ضعف موجود در سازه‌ ها را شناسایی کرده و متناسب با هر کدام، روش مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر زلزله را مشخص کنیم.

انواع سازه‌ های رایج در کشور ما به سه دسته سنتی، فلزی و بتنی تقسیم می‌ شوند. در سازه‌ های سنتی، مقاوم سازی بیشتر از اینکه محاسباتی و علمی باشد؛ تجربی است. در این نوع سازه‌ بر خلاف دیگر ساختمان ها، تحمل بارهای قائم بر عهده دیوار است. سازه ‎‌های فلزی به‌دلیل نیاز به رعایت استانداردهای مصالح و افزایش کیفیت اجرا در بیشتر کشورها از جمله ایران مورد استفاده قرار نگرفته‌ اند. سازه‌ های بتنی نسبت به سازه‌ های فلزی رایج‌ ترند.

مقاوم‌ سازی ساختمان با استفاده از دیوار برشی

دیوار برشی یکی از روش‌ های مقاوم‌سازی ساختمان‌ ها در برابر زلزله به شمار می‌ رود. برای بالا بردن مقاومت در برابر نیرو‌های افقی ناشی از زلزله، دیوارهای برشی را با استفاده از بادبندها محکم می‌ کنند. بادبند‌ها با نام مهاربند نیز شناخته می‌ شوند. شاید برای شما سوال باشد که کاربرد مهاربند در ساختمان چیست؟ مهاربند‌ها به دو مدل عمودی یا افقی در اشکال هندسی گوناگون تقسیم‌ بندی شده‌ اند. این محصول به منظور افزایش مقاومت سازه در برابر نیرو‌های افقی و جانبی به کار برده می‌ شوند.

استفاده از ژاکت بتنی برای بالا بردن مقاومت اجزای ضعیف سازه بتنی مثل تیر، ستون، فونداسیون و … است. بهره بردن از این روش باعث افزایش ظرفیت باربری ساختمان در برابر نیروهای جانبی و افقی مثل زلزله خواهد شد. از دیگر مزایا‌ی ژاکت بتنی که با محصور کردن بتن به دست می آید، می‌توان به بالا رفتن ظرفیت برشی، خمشی و همچنین سختی اتصالات قاب اشاره کرد. البته این روش در کنار مزایایی که دارد، منجر به افزایش وزن سازه می شود.

سیستم‌ های پلیمری تقویت‌‌ شده با الیاف یا Fiber reinforced Polymer composites (FRP) به‌ عنوان یکی از ساده‌ ترین و جدیدترین روش‌ های مقاوم سازی ساختمان به شمار می‌ آیند. این سیستم علاوه بر مقاومت بالا ‌از وزن کمی برخوردار است. از گذشته، FRP در صنایع عمرانی، هوافضا، خودرو سازی و به‌ طور‌ کلی هر حوزه‌ ای که نیاز به استحکام بالا و در عین حال وزن کم دارد استفاده می شود. این روش به علت داشتن مزایای گفته شده و پوشش نقاط ضعف راهکار‌های قبلی، جزء روش‌ های رایج در دوره کنونی محسوب می‌ شود.

مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر زلزله با استفاده از جداساز لرزه‌ای

جدا ساز‌های لرزه‌ ای نیز جز روش‌ های نوین محسوب می‌ شوند. هدف کلی از بکار بردن این جداساز‌ها، کنترل تاثیر ارتعاشات ناشی از زلزله روی ساختمان است. در این روش ساختمان روی یک سیستم جداساز لرزه‌ ای بنا می‌ شود. در نتیجه باعث کاهش شدت نیرو‌های افقی ناشی از زلزله خواهد شد؛ البته جداساز‌ها نیز خود دارای انواع مختلفی هستند که می‌ توان با توجه به نیاز‌های گوناگون از انواع آن‌ ها استفاده کرد.

مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله با میراگر

میراگرا‌های لرزه‌ ای برای از بین بردن نوسانات ساختمان در هنگام زلزله استفاده می‌ شوند. میرایی اصطکاکی یکی از کارآمد ترین روش ها برای اتلاف انرژی حاصل از زمین لرزه به حساب می‌ آید. میراگرا به ساختمان اجازه می‌‌ دهد که به صورت الاستیک حرکت داشته باشند. به همین علت سازه قادر است بدون هیچ آسیبی در برابر زلزله، ساختار خود را حفظ کند.

مقاومت ساختمان‌‌های بتنی در برابر زلزله به عوامل متعددی بستگی دارد که عبارتند از:

• استفاده از طراحی زلزله‌‌ای مانند سیستم‌ های مهار کننده، ارتجاعی و جدارهای سازه‌ای
• مصالح مقاوم به زلزله با مقاومت فشاری و کششی مناسب
• پیش‌بینی زلزله توسط تکنولوژی و ابزارهای جدید روز دنیا
• استفاده از تکنولوژی‌ های مقاومت به زلزله مانند پدهای زلزله‌ای (زیر سازه‌ های نرم کننده)و اتصالات مهار کننده
• تعمیر و نگهداری منظم

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، تروی دنومی، یک سرهنگ ارتش آمریکا، در کنفرانس South by Southwest در آستین، تگزاس در سخنرانی خود یک بازه زمانی برای استفاده موثر از انسان های ارتقا یافته و ربات های انسان نما در جنگ آینده اعلام کرد. او به حضار گفت: «ما عمدتاً درباره بازه زمانی بین سال‌های ۲۰۳۰ تا ۲۰۴۰ فکر می‌کنیم.»

دنومی در پنلی با عنوان «انسان‌نماها یا انسان‌های ارتقا یافته: شتاب بخشیدن به خودکارسازی با هوش مصنوعی» در این کنفرانس سخنرانی کرد.

ارنش ربات ها

در طول سخنرانی، نگرانی‌هایی درباره خطرات استفاده ارتش از هوش مصنوعی و ربات ها مطرح شد.

دنومی گفت:

«باید مطمئن شویم که ربات برای انسان کار می‌کند، نه اینکه انسان برای ربات کار کند. این اطمینان باید قبل از خارج شدن ربات های ارتش از مرحله آزمایشی حاصل شود.»

این سرهنگ مثالی از یک آزمایش رباتیک که اخیرا صورت گرفته بود ارائه کرد. در آن آزمایش برخی از افراد گردان احساس می‌کردند ربات ها کنترل را در دست دارند.

او گفت:

«اخیراً آزمایشی روی برخی قابلیت‌های ربات ها انجام دادیم و چند هفته دیگر هم آزمایش دیگری خواهیم داشت. رهبران آن گردان کنترل هایی داشتند که با آنها ربات های مختلف را کنترل می‌کردند.»

دنومی و اعضای دیگر موافق بودند که وظایف پیش پا افتاده مانند استفاده از کنترل‌های متعدد برای یک دستگاه، باید قبل از پیشرفت ارتش در زمینه رباتیک، خودکار شوند.

او اضافه کرد:

«در مورد آنچه درباره کنترلرها توضیح دادم، می‌توان گفت که انسان‌ها برای ربات ها کار می‌کنند. پس باید این روند را برعکس کنیم.»

دنومی از ابزارهایی مانند گوشی‌های هوشمند ویژه و پهپادهای سازگار شده به عنوان نمونه‌هایی از دستاوردهای فناوری که هم اکنون ارتش آمریکا را تقویت می‌کنند، نام برد.

اواخر سال گذشته، نیروی دریایی آمریکا، سگ‌های رباتیک مجهز به راکت انداز M72 را آزمایش کرد.

اعضای این پنل خاطرنشان کردند که وزارت دفاع آمریکا خط مشی جدیدی را اتخاذ کرده تا مطمئن شود در استفاده از هوش مصنوعی و رباتیک، همیشه یک انسان در جریان قرار دارد.

ضرورت مشارکت انسان در فرایند کنترل ربات ها

دنومی بر ضرورت مشارکت انسان‌ها در این فرایند تأکید کرد و هشدار داد:

«فکر می‌کنم تا روزی که ماشین‌ها بتوانند اخلاق را درک کنند، هنوز راه درازی در پیش است.»

این سخنرانی نشان می‌دهد که ارتش آمریکا در حال آماده سازی برای استفاده گسترده از ربات ها و انسان های ارتقا یافته با فناوری پیشرفته در جنگ‌های آینده است. البته با توجه به مخاطرات بالقوه، تلاش می‌شود که انسان همچنان در کنترل این فرایند باقی بماند و اخلاق و ارزش‌های انسانی در آن لحاظ شود.

پایگاه رصد علم و فناوری، به نقل از سایت ساینس دایلی، به لطف کشف جدید در حوزه خواص مولکولی کریستال‌های مایع در معرض نور قرار گرفته، ربات‌ها و دوربین‌های آینده می‌توانند از کریستال‌های مایع ساخته شوند.

به گزارش ساینس دایلی، «آلوین مودین» دانشجوی دکتری فیزیک در «دانشگاه جانز هاپکینز» و نویسنده مقاله منتشر کننده این گزارش؛ گفت:

با استفاده از این روش هر آزمایشگاهی با یک میکروسکوپ و مجموعه‌ای از لنزها می‌تواند ترکیبات و آرایه کریستال مایع را در هر الگویی که بخواهد، تنظیم کند. آزمایشگاه های صنعتی و تولیدکنندگان احتمالا می توانند این روش طی یک روز به مرحله اجرائی برسانند.

کریستال مایع

مولکول های کریستال مایع همانند مایعات دارای قابلیت جریان هستند. اما آنها برخی ویژگی های ساختار داخلی بلورهای جامد را نیز دارا هستند که در پاسخ به محرک‌های قابل تغییر هستند. آنها در صفحه‌های نمایش «ال سی دی»، ابزارهای تصویربرداری بیومدیکال و سایر دستگاه های نیازمند کنترل دقیق نور و حرکت‌های دقیق قابل بکارگیری می‌باشند.

مودین در عین حال خاطرنشان کرد که کنترل آرایه آنها در سه بُعد نیازمند تکنیک‌های پرهزینه و پیچیده است.

این تیم تحقیقاتی که شامل چند اساتید فیزیک دانشگاه جانز هاپکینز است، کشف کرد که می‌تواند سوگیری سه‌بُعدی کریستال های مایع را از طریق کنترل تماس نور با یک ماده فتوولتاییک رسوب شده روی شیشه، دستکاری کند.

روش انجام

آنها نور پلاریزه و غیرقطبی را از طریق میکروسکوپ به کریستال های مایع می تابانند. در نور پلاریزه، امواج نور در جهات خاص به جای تصادفی در همه جهات، مانند نور غیرقطبی نوسان می کنند. این تیم از این روش برای ایجاد عدسی میکروسکوپی از کریستال های مایع استفاده کرده اند که قادر به تمرکز نور بسته به قطبش نوری است که از آن می تابد.

ابتدا، تیم از نور پلاریزه شده برای تراز کردن کریستال های مایع روی یک سطح استفاده نمودند. سپس از نور معمولی برای تغییر جهت دادن کریستال های مایع به سمت بالی آن صفحه استفاده کردند. این به آنها اجازه داد تا جهت گیری دو نوع کریستال مایع رایج را کنترل کنند و الگوهایی با ویژگی هایی به اندازه چند میکرومتر، یعنی کسری از ضخامت موی انسان ایجاد کنند.

سرا، که همچنین یکی از همکاران این پژوهش و استاد دانشگاه جنوب دانمارک است، گفت:

یافته‌ها می‌تواند منجر به ایجاد ابزارهای قابل برنامه‌ریزی شود که در پاسخ به محرک‌ها تغییر شکل می‌دهند. مانند ابزارهایی که در ربات‌های نرم و لاستیکی برای کنترل اجسام و محیط‌های پیچیده یا لنزهای دوربین که به طور خودکار بسته به شرایط نوری فوکوس می‌کنند مورد نیاز است.

سرا می‌گوید:

«اگر می‌خواستم یک شکل سه‌بعدی دلخواه مانند بازو یا گیره بسازم، باید کریستال‌های مایع را به‌گونه‌ای تراز می‌کردیم که وقتی تحت یک محرک قرار می‌گرفت، این ماده به طور خود به خود به آن شکل‌ها تغییر ساختار می‌داد. اچالش اصلی تا کنون نحوه کنترل این محور سه بعدی هم ترازی کریستال های مایع بود. اما اکنون راهی برای ایجاد این امکان وجود دارد.

دانشمندان در حال تلاش برای به دست آوردن حق ثبت اختراع برای کشف خود هستند و قصد دارند آن را با انواع مختلف مولکول های کریستال مایع و پلیمرهای جامد ساخته شده از این مولکول ها آزمایش کنند.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت ScienceDaily، پژوهشگران موسسه فناوری توکیو ژاپن یک تکنیک پردازش لیزری فرابنفش جهت ساخت ریزساختارهای پیچیده ابداع کرده اند که مسیر ساخت ربات‌های بیومتریک را هموار می‌سازد.

ربات‌های بیومتریک که حرکات و کارکردهای بیولوژیک ارگانیسم‌های زنده را تقلید می‌کنند، یکی از حوزه‌های جالب تحقیقات هستند که نه تنها می توانند به ربات‌های کارآمدتر منجر شوند بلکه همچنین به عنوان پلتفرمی برای شناخت بیولوژی عضلات عمل کنند.

پردازش لیزر فرابنفش

پردازش لیزر فرابنفش یک تکنیک امیدوارکننده برای توسعه ریزساختارهای پیچیده است. آن امکان تراز پیچیده سلول‌های عضلانی را فراهم می‌کند که برای ساخت محرک‌های بیوهیبریدی مانند حیات لازم است. در مقایسه با روش‌های پیچیده سنتی، این تکنیک نوآورانه ساخت آسان و سریع ریزساختارها را با الگوهای پیچیده برای دستیابی به آرایش سلول‌های عضلانی مختلف امکان‌پذیر می‌سازد. آن همچنین راه را برای محرک‌های بیوهیبرید که قادر به انجام حرکات پیچیده و انعطاف‌پذیر هستند هموار می‌کند.

از میان اینها، فعال کننده‌های بیوهیبرید (biohybrid actuators) ساخته شده از مواد نرم و سلول‌های عضلانی می توانند نیروی عضلات واقعی را تقلید کنند و پتانسیل رسیدن به حرکات و کارکردهای واقعی زندگی از جمله خود- ترمیمی را دارند. این ربات ها همچنین پتانسیل رسیدن به نسبت بالای نیرو به وزن را دارند که برای ربات‌های حجیم سنتی دشوار بوده است.

یکی از راه های رسیدن به این حرکات شبیه به حرکات واقعی زندگی، هماهنگ کردن و مرتب کردن سلول های عضلات در فعال کننده‌های بیوهیبرید به شکل دگر سوپذیر است.

ساخت ریزشیارهای منحنی بر روی پلی‌ایمید

این تکنیک جدید شامل ساختن ریزشیارهای منحنی بر روی پلی‌ایمید (polyimide) از طریق پردازش لیزر فرابنفش است که سپس بر روی یک فیلم نازک ساخته شده از SBS‌ رونویسی می‌شوند.

محققان از این روش برای ساختن دو فعال کننده بیوهیبرید مختلف استفاده کردند و با تحریک الکتریکی هر دو فعال کننده از طریق یک حرکت شبیه به پیچ خوردن تغییر شکل دادند.

این مطالعه بطور کلی پتانسیل پردازش لیزر فرابنفش برای ساخت الگوهای بافت عضلانی دگرسوپذیر را به اثبات می‌کند و راه را برای ساختن فعال کننده های بیوهیبرید شبیه به زندگی واقعی قادر به انجام حرکات پیچیده و منعطف هموار می سازد.