Титановые снежинки нежно удерживают нанозаготовки

Титановые снежинки нежно удерживают нанозаготовки (www.membrana.ru)
[email protected]
Выпуск № 37
Нанотехнологии обещают многое: необычайная электроника и прочные сверхлёгкие материалы, микрокапсулы, доставляющие лекарства к нужным клеткам и военные роботы-пылинки. Однако "нанолевши", разрабатывающие эту технику, нуждаются в "нанопинцетах" и "наномолотках". Одно из самых удивительных подобных устройств создано в США.
Машины, которые могут манипулировать крошечными объектами с точностью позиционирования в считанные нанометры, называют наноманипуляторами. Обычно это весьма сложные механизмы, довольно
большие и тяжёлые (даром что носят приставку "нано"), а главное огорчение для физиков — они очень дорогие. Нынешние цены на них колеблются в районе нескольких десятков тысяч долларов. Вот если бы удалось
создать аналог с более умеренной ценой, то, представьте, сколько небольших лабораторий, институтов или
Эта фигурная пластина вырезана компаний смогли бы попробовать свои силы в нанотехнологиях или даже — выйти с каким-нибудь революцииз целого листа металла. Она — онным нанотехнологическим продуктом
ключ к манипуляциям предметами на рынок.
с нанометровой точностью движеИменно об этом думает профессор
ний
(фото
с
сайта
Массачусетского технологического инtechnologyreview.com).
ститута (MIT) Мартин Калпеппер (Martin
Culpepper), работающий в лаборатории прецизионных систем (Precision
Systems Design and Manufacturing Laboratory). Уже не первый год он конструирует наноманипуляторы, которые отличаются от аналогов несколькими
удивительными вещами.
Они сравнительно просты (но эта та простота, для достижения которой потребовалось много бессонных ночей), компактны и дёшевы, а изготовить их легко без применения каких-либо "супернавороченных" технологий.
Один из первых таких манипуляторов под названием HexFlex был собран учёным почти что из подручных материалов и обошёлся всего в $2
тысячи. Аппарат показал точность позиционирования исследуемой (обрабатываемой) детали по всем осям — меньше чем 5 нанометров (при движении в сотни микрон), чем посрамил многие существующие аппараты ценой в десятки раз выше, и благодаря чему завоевал в прошлом году различные призы. В частности — приз от журнала R&D Magazine, как изобре- Схема "сердца" одного из первых наноманипуляторов учёного — машинки
HexFlex. Для масштаба — размер Ls равен 41 миллиметру (иллюстрация с
тение, попавшее в "Топ 100" научных и технических разработок года.
Сейчас же автор этой машинки развивает целую плеяду её "родст- сайта psdam.mit.edu).
венников", отличающихся многими деталями и параметрами, но работающими на одних и тех же принципах. Мартин утверждает, что и субнанометровая точность перемещений — достижима. Без существенного увеличения
стоимости машины. Итак, нам пора познакомится с принципом действия его
машин.
В основе всех их лежит монолитная металлическая деталь, плоская
пластина затейливой формы (она, форма, отличается у разных вариантов
наноманипуляторов Калпеппера) — прочная, но упругая.
Воздействуя электромагнитными приводами на определённые её точки —
изобретатель получает за счёт сил упругости и внутреннего напряжения в
детали маленькое (словно масштабируемое в десятки раз) перемещение
центра этого узла (к которому и крепится "наковальня" для нанозаготовки)
по шести степеням свободы. Это, очевидно, линейные перемещения по
трём осям и повороты по трём осям также.
Отдалённо происходящее с этой пластиной напоминает вот что. Представьте спиральную пружинку, поставленную вертикально на столе. НажмиУпрощённая схема другого варианта центральной детали (а их Калпеппер те на её сверху, чтобы первый виток опустился на сантиметр. На сколько
придумал немало), наглядно показывающая, как нажатие на управляющие опустится самый нижний виток? Конечно, на ноль — он же опирается на
элементы (белые стрелки) приводят к смещению центра в любом желае- стол. А средний виток? Наверное, на полсантиметра. А участок, лежащий на
мом направлении (иллюстрация с сайта psdam.mit.edu).
пару миллиметров выше поверхности стола? Он сместится на доли миллиметра. Вот вам и преобразователь ваших грубых движений в "тонкие". Аналогично, воздействуя на три (или шесть) точек своих затейливых "звёздочек"
и "треугольников" со "снежинками" (то есть — центральные детали изобретённых Мартином манипуляторов) и смещая их на доли миллиметра или
даже микроны — инженер получает нанометровые смещения центра этой
детали.
Важно, что в основе манипулятора именно упругая монолитная деталь.
Ведь там, где есть собрание нескольких звеньев, неизбежно появляются
люфты и ошибки при работе — такой подход к созданию манипуляторов
Калпеппер называет "старой парадигмой".
Нужно добавить, что построение машины начинается в банальном механическом цехе, где водный резак, управляемый компьютером, выкраивает Один из последних наноманипуляторов Калпеппера в процессе сборки. Видв один заход из целой титановой пластины "сердце" будущего наноманипу- но основание, на котором закреплена центральная деталь — "снежинка" — и
регулировочные винты (фото с сайта technologyreview.com).
лятора. Разнонаправленное или симметричное подталкивание краёв пластины
и трёх "шайб" с отверстиями, висящими на тонких усиках — в ту или иную сторону — производит желаемый эффект на исследуемую деталь. Подталкивание
это обеспечивают электромагнитные соленоидные приводы. Однако прежде,
чем начать работу, нужно точно настроить пластину — чтобы она была напряжена симметрично и одинаково реагировала на нажатия с разных сторон. Для
этого в систему введены три винта, с микронным шагом. Всё вместе эти детали
закрепляются на массивном алюминиевом основании, выточенном с высокой
точностью.
Интересно, что микровинты не только обеспечивают правильную реакцию
Та же машинка с установленными треугольника на управляющие воздействия, но и позволяют подстроить машину
Наноманипулятор в сборе. Сверху
приводами — актуаторами (фото с
под
различные
научные
задачи.
Создавая
предварительное
напряжение
в
фивиден блок контроля перемещений
сайта technologyreview.com).
(фото
с
сайта
гурной детальке, экспериментаторы могут комбинировать высочайшую точ- образца
technologyreview.com).
ность движений с крохотным диапазоном доступных перемещений, или, напротив, чуть более грубую реакцию
машины со значительно большим диапазоном перемещения. "Это для того, чтобы люди не тратили несколько тысяч долларов только на решение одной лишь задачи", — поясняет идею Калпеппер.
Нужно сказать, что уже в таком виде машина способна показывать высокую точность позиционирования. Но учёный ещё дополняет её обратной связью. Это верхняя мощная "крыша" устройства, снабжённая шестью ёмкостными датчиками перемещения, "скармливающие" свои
данные в компьютер, управляющий электромагнитным приводом.
Любопытно, что на движение центрального узла машины влияют даже звуки беседы, которые отражаются на экране весёлой чехардой
цифр. Новые наноманипуляторы, которые учёные проектируют сейчас, будут надёжно защищены от внешних возмущений, так что текущие рекорды точности позиционирования и передвижения нанодеталей устоят недолго.
А пока другие учёные и инженеры восхищаются, как "левша" Мартин сумел построить такие точные машины практически из ничего — умелец создал, совместно с коллегами из других лабораторий института, самый маленький в мире наноманипулятор — диаметром всего в один
миллиметр — Micro HexFlex.
Антиматерия может оказаться на службе у Пентагона (NEWSru.com)
Пентагон проявляет интерес к созданию "протонной" бомбы, которая будет использовать в качестве заряда антиматерию. На исследования в этом направлении уже затрачены значительные средства. Об этом говорится в сообщении исследовательской лаборатории ВВС США,
передает Washington ProFile.
Подобная бомба может стать невероятно мощным оружием. Частицы антивещества - электроны и протоны, при контакте с "нормальными"
электронами и протонами аннигилируют друг друга, что может вызвать взрыв невероятной силы. Взрыв 0,000001 гр (одной миллионной грамма)
антипозитронов высвободит столько же энергии, сколько взрыв 37,8 кг тротила. В отличие от традиционных ядерных зарядов, после взрыва
бомбы из антиматерии не возникнет остаточной радиации. При нынешнем уровне развития техники стоимость производства 0,00000000001 гр
(одной стомиллиардной грамма) антиматерии составляет примерно $6 млрд.
Материя и антиматерия похожи на близнецов - доброго и злого, пишет издание The New York Times, перевод статьи которого публикует
Inopressa. Они номинально равны, но противоположны по знаку, а потому при встрече уничтожают друг друга. При контакте высвобождается
много энергии.
Впервые ученые объявили, что им удалось проникнуть в зазеркалье и создать атомы антивещества, два года назад. Ядра атомов антивещества состоят из антипротонов и антинейтронов, а роль электронов играют позитроны.
Это может показаться странным, но антивещество - нормальное явление в реальной, нефантастической вселенной, отмечает издание. Некоторые ученые считают, что антивещество выглядит и ведет себя точно так же, как его обыденный двойник. В научно-фантастических романах
именно благодаря антивеществу герои могут путешествовать в отдаленные районы Вселенной. А женевские физики считают атомы антиводорода "билетом" не только в другие концы галактики, но также в иную математическую вселенную, где "положительное становится отрицательным, а левое - правым".
Получение антивещества является первым шагом к разгадке одного из парадоксов нашего мира, считают ученые. Согласно общепринятым
теориям, в момент образования Вселенной создавалось одинаковое количество вещества и антивещества. По физическим законам они должны
были немедленно войти в соприкосновение и уничтожить друг друга с выделением огромной энергии. Однако этого не случилось, и сейчас ученые пытаются понять, куда делось антивещество и какие потенциальные опасности оно несет для нашей Вселенной.
Космический пузырь (Информнаука)
Телескопу Хаббла удалось заглянуть внутрь космической жеоды, или пузыря. Увидеть рядом с отдельной звездой такую гигантскую полость с межзвездной пылью и газом, да еще столь необычной структуры - редкая удача для астрономов.
Настоящие жеоды - замкнутые полости в горной породе, частично заполненные кристаллами. Похожа на них и космическая жеода диаметром около 35 световых лет, обнаруженная с помощью телескопа Хаббла.
Саму полость, названную N44F, надули стремительные частицы звездного ветра. Они в огромном количестве и с бешеной скоростью вырываются из чрезвычайно горячей звезды. Со скоростью семь миллионов километров в час центральная звезда в N44F выбрасывает в сто миллионов раз больше массы в секунду, чем наше светило. Вокруг звезды не пустое пространство, она окружена газом. Сталкиваясь с ним и расчищая себе дорогу, звездный ветер и образует пузыри.
Туманность N44F - один из множества известных межзвездных пузырей. Такие полости видны вокруг массивных звезд Вольфа-Райе и вокруг звездных кластеров (тогда их называют суперпузырями). Но очень редко их можно заметить рядом с изолированной звездой.
При подробном исследовании изображений ученых ждал сюрприз. Внутренняя стена полости оказалась заполненной несколькими колоннами из пыли и газа размером от 4 до 8 световых лет, как кристаллы в жеоде. Эти "пальцы", созданные ультрафиолетовым излучением звезды,
"указывают" на направление потока частиц.
N44F расположена в 160 тысячах световых лет от соседней карликовой галактики (Большое Магелланово Облако). Это часть большого
объекта N44, в котором есть свой суперпузырь, надутый мощным ветром после взрыва сверхновой.