마이크로 모터는 단일 세포와 입자를 밀어
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.위상 검색 문제를위한 신속한 레이저 솔버
Thamarasee Jeewandara, Phys.org 자세한 실험용 디지털 링은 캐비티 레이저 배열을 퇴화시킵니다. SLM-공간 광 변조기; PBS-편광 빔 스플리터; λ/2@22.5°-22.5 ° 각도 방향의 반 파장 판; λ / 2 @ 45 °-45 ° 각도 방향의 반파 장판; 콤팩트 한지지 마스크-푸리에 평면에서의 캐비티 내 개구; OC 출력 커플러. 크레딧 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aax4530,2019 년 10 월 25 일 기능
물리학자는 스핀 시뮬레이터 개발 , 조합 최적화 및 산란 매체를 통해 빛의 초점을 맞춰 까다로운 계산 작업을 신속하게 해결하기 위해 맞춤형 물리 시스템을 탐색 할 수 있습니다 . Science Advances 에 관한 새로운 보고서에서 C. Tradonsky와 이스라엘과 인도 물리학과의 연구원들은 분산 된 강도 분포로부터 물체를 재구성함으로써 위상 검색 문제를 해결했다. 실험 과정은 엑스레이 영상에서 관심 대상을 재구성하는 기술이 부족한 천체 물리학에 이르기까지 다양한 분야의 기존 문제를 해결했습니다. 여기서 과학자들은 일반적으로 느리게 간접적 인 반복 알고리즘을 사용합니다. 새로운 광학적 접근법에서, Tradonsky 등은 관심 대상 물체를 빠르고 효율적으로 재구성하기 위해 DDCL (digital degenerate cavity laser) 모드를 사용했다. 실험 결과는 많은 레이 징 모드 사이의 이득 경쟁이 위상 검색 문제를 신속하게 해소하기 위해 고도의 병렬 컴퓨터 역할을한다고 제안했다. 이 접근법은 컴팩트 한 지지력 과 복잡한 값의 물체 로 알려진 2 차원 (2-D) 물체에 적용되며 , 산란 매체를 통해 이미징을 일반화하고 다른 까다로운 계산 작업을 수행합니다. 알 수없는 물체에서 멀리 산란 된 빛의 강도 분포를 비교적 쉽게 계산하기 위해 연구자들은 물체의 푸리에 변환 의 절대 값의 소스를 계산할 수 있습니다 . 그러나, 산란 된 강도 분포로부터 물체의 재구성은 위상 정보가 손실 될 수 있고 작업에서의 다양한 위상 분포가 상이한 재구성을 야기 할 수 있기 때문에 잘못된 것이다. 따라서 과학자들은보다 정확한 물체 재구성을 위해 물체의 모양, 양성, 공간 대칭 또는 희소성에 대한 사전 정보를 얻어야합니다. 이러한 예는 천문학 , 단 펄스 특성화 연구, X- 선 회절 , 레이더 감지 , 음성 인식에서 찾을 수 있습니다.탁한 매체를 가로 질러 이미징 할 때 . 유한 한 범위의 물체를 재구성하는 동안 (정밀한지지), 연구원들은 충분히 높은 해상도 에서 동일한 산란 강도를 모델링하는 한 위상 검색 문제에 대한 고유 한 솔루션을 제공합니다 .
빠른 위상 검색을위한 기본 DDCL 배열. (A) 물체로부터 계산 된 산란 강도 분포 (본질적으로 푸리에 강도 분포)는 SLM에 적용되며, 이는 최대 10 개의 축퇴 횡 모드를 지원할 수있는 링 축퇴 공동 레이저에 통합됩니다. 푸리에 평면에서 물체 경계 (소형 지지대) 모양의 마스크는 소형 지지대와 일치하지 않는 외부 모드를 필터링합니다. 이 레이저 배열로, 레이저 가공 공정은 (B)에 도시 된 산란 강도 분포 및 소형지지 구속 조건을 모두 만족시키는 일관된 솔루션을 산출한다. (C) 재구성 된 물체 강도는 소형지지 마스크에 나타나고 카메라에 이미지화된다. 임의의 단위. 크레딧 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aax4530
물리학 자들은 지난 10 년 동안 Gerchberg-Saxton (GS) 오류 감소 알고리즘, 하이브리드 입력-입력 알고리즘 및 완화 된 평균 교번 반사 (RAAR)를 포함하여 위상 검색 문제를 해결하기위한 몇 가지 알고리즘을 개발했습니다 . 그러나 고성능 컴퓨터 에서도 상대적으로 느린 반복적 인 투영을 기반으로 합니다 . 대안으로, 연구팀은 특별히 맞춤화 된 물리적 시스템을 사용하여 계산 문제를 해결할 수 있습니다 . 이러한 시스템은 보편적 인 튜링 기계 는 아니지만 (임의의 계산을 수행 할 수 없음) 특정 종류의 문제를 잠재적으로 해결할 수 있습니다.효율적으로. 이러한 시스템으로 어려운 문제를 해결하는 것은 기존의 컴퓨터를 사용하는 것과 비교하여 유리할 수 있습니다 . Tradonsky 등은 실험적으로 DDCL ( digital degenerate cavity laser) 에 기반한 위상 검색 문제를 신속하게 해결하기위한 새로운 광학 시스템을 시연했다 . 이 장치는 물체에서 나온 푸리에 (Fourier) 크기의 산란광과 소형 지지대를 포함하여 두 가지 제약 조건을 통합했습니다. 캐비티 내의 비선형 레이 징 프로세스는 두 가지 제약 조건을 모두 만족하는 일관된 솔루션을 제공했습니다. DDCL의 기본 물리적 메커니즘은 OPO ( Optical Parametric Oscillator ) 스핀 자극기에서 관찰 된 것과 유사합니다 . OPO 시뮬레이터와 DDCL은 로컬 최소값 을 피하고 비 가우시안 웨이브 패킷을 보유한 매우 빠른 작동 을 통해 최적화를 수행했습니다.. 과학자들은 캐비티 내에서 컴팩트 한지지 구멍을 용이하게하여 서로 다른 손실의 결과를 초래할 수있는 레이저 위상의 다른 구성을 보장하며, 최소 손실을 가진 구성이 모드 경쟁에서 이기고 위상 문제를 해결할 수 있도록합니다. DDCL 시스템에는 수백만 건의 병렬 실험 실현, 약 20 나노초에 가까운 짧은 왕복 시간, 빠른 수렴 시간 및 모드 경쟁으로 인한 최소 손실을 설명하는 고유 한 선택 모드를 제공하는 높은 병렬 처리를 포함하여 많은 매력적이고 중요한 기능이 포함되었습니다. 이론적으로 모든 시간 진화 단계 구성 중에서 에너지가 가장 높은 구성은 제한된 이득에 비해 모드 경쟁에서 승리했습니다. 결과적으로 실제로 초기 독립 구성의 수가 많을수록
LEFT : 실제 중심 대칭 객체에 대한 실험 결과. 실제 객체의 열 (A) 강도 분포. 기둥 (B) 원형 지지대를 소형 지지대로 사용하여 재구성 된 물체의 강도 분포를 감지했습니다. SLM에서 컬럼 (C) 푸리에 강도 분포. RIGHT : 물체 복잡성의 함수로서의 충실도에 대한 실험적 및 정량적 결과. 위 : 4, 16 및 30 개의 점이있는 객체의 대표적인 강도 분포. 실제 객체의 열 (A) 강도 (밝기) 및 위상 (색조) 분포. 기둥 (B) 원형 지지대를 소형 지지대로 사용하여 재구성 된 물체의 강도 분포를 감지했습니다. SLM을 제어하기 위해 적용되는 컬럼 (C) 계산 된 푸리에 강도 분포. 컬럼 (D) SLM 특성에 의해 수정 된 후 해당 푸리에 강도 분포를 감지했습니다. 하단 : 대상의 반점 수 (4 ~ 30)에 따라 푸리에 강도 분포 (파란색)와 재구성 된 물체 강도 분포 (빨간색)의 정량 충실도 값입니다. 삽입 : 모든 측정에 대한 푸리에 강도 분포의 충실도 값의 함수로서 재구성 된 물체 강도 분포의 충실도 값. 크레딧 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aax4530. 모든 측정에 대한 푸리에 강도 분포의 충실도 값의 함수로서 재구성 된 물체 강도 분포의 충실도 값. 크레딧 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aax4530. 모든 측정에 대한 푸리에 강도 분포의 충실도 값의 함수로서 재구성 된 물체 강도 분포의 충실도 값. 크레딧 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aax4530.
실험 설정에서, Tradonsky 등은 고유 이득 매체, 2 개의 4f 망원경 및 진폭 공간 광 변조기 (SLM)를 갖는 링 퇴화 캐비티 레이저를 포함 하였다. 이 시스템은 또한 공동 내 개구, 3 차원 반사 거울 및 출력 커플러를 포함했다. 이 팀은 왼쪽 4f 망원경을 사용하여 이득 매질의 중심을 SLM에 이미지화하고 각 픽셀의 전송을 독립적으로 제어했습니다 . 그들은 공동 내 구멍과 SLM을 결합하여 출력 레이저 강도 분포 를 제어하고 형성합니다.. 과학자들이 두 렌즈 사이의 푸리에 평면에 공동 내 조리개 (소형지지 마스크)를 배치했을 때, 각 위상 분포는 다른 수준의 손실을 보여주었습니다. 결과적으로, 최소 손실을 갖는 상 분포는 본 연구에서 가장 가능성있는 레이저 방식이었다. 팀은 솔루션 충실도 및 계산 시간을 포함하여 시스템의 품질을 정량화하기 위해 두 가지 장점을 고려했습니다. 연구팀 은 원래 (실제 물체)의 강도 분포와 재구성 된 형태 사이에 매우 잘 일치 하는 중심 대칭 물체에 대한 대표적인 결과를 얻었습니다 .
소형 지지대의 견고성과 비대칭의 질적 효과를 보여주는 실험 결과. 실제 객체의 열 (A) 강도 분포. 기둥 (B) 원형 지지대를 소형 지지대로 사용하여 재구성 된 물체의 강도 분포를 감지했습니다. 기둥 (C) 사각형 구멍을 단단한 소형 지지대 (위쪽 행)로 사용하고 원형 구멍을 쐐기가있는 비대칭 컴팩트 지지대 (아래쪽 행)를 사용하여 재구성 된 물체의 강도 분포를 감지했습니다. SLM에서 열 (D) 푸리에 강도 분포. 크레딧 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aax4530
트라 돈 스키 (Tradonsky) 등은 재구성 충실도에 대한 객체 복잡성의 영향을 측정하고 4, 16 및 30 개의 스팟을 갖는 객체에 대한 대표 강도 분포를 형성했다. 결과는 더 높은 복잡도의 물체 (더 많은 스폿을 가진 것)는 더 복잡한 복잡도를 가진 본 시스템을 사용하여 해결할 수없는 더 복잡한 푸리에 강도 분포를 보여 주었다. 또한 입력 및 재구성 충실도는 물체의 복잡성이 증가함에 따라 감소하기 때문에 레이저 펌프의 변동하는 기술적 소음으로 인해 발생했습니다. 그들은 물체를 재구성하는 동안 견고성과 대칭의 영향을 평가하기 위해 질적 실험을 수행했습니다. 결과는 조밀 한 소형 지지대가 재구성 된 물체의 품질을 상당히 개선 시켰음을 보여 주었다. 그런 다음 팀은 재구성의 품질과 충실도에 대한 소형지지 구멍 반경의 정량적 효과를 조사했습니다. 더 큰 물체의 경우, 레이저가 물체 모양을지지 할 수 없었기 때문에 대표 강도는 재구성 충실도 동안 급속한 붕괴를 겪었습니다. 소형지지 개구보다 작은 물체로, Tradonsky 등은 충실도가 느리게 감소하는 것을 관찰했다.
전체적으로, 그들은 카메라 가 시스템 내 물체 의 다중 구현에 걸쳐 평균화 될 때 재구성 충실도가 감소하는 것을 관찰했습니다 . 물체 크기에 의해 표준화 된 개구의 컴팩트 한지지 반경의 함수로서 재구성 충실도에 대한 실험적 정량 결과. 삽입 : 전형적인 재구성 된 객체 강도 분포. (A) 소형지지 반경은 물체 반경의 87 %입니다. (B) 물체 반경은 소형지지 반경과 같습니다. (C) 소형지지 반경은 물체 반경의 152 %입니다. 크레딧 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aax4530.
일반적으로, 재구성 된 물체의 해상도는 레이저 캐비티의 위상 수차로 인해 상대적으로 낮았다. 이 팀은 시스템을 최적화하고 수차를 줄여 해상도를 개선 할 것을 제안했습니다. 과학자들은 또한 시스템을 사용하여 재구성 솔루션을 제공하는 데 걸리는 시간을 분석하고 SLM (공간 광 변조기) 및 카메라 판독 값이 약 20ms로 지시 한 지속 시간을 찾았습니다. 레이저 가공의 실제 계산 시간은 100 나노초 미만이었습니다. Tradonsky 등은 포켓 셀과 함께 Q 전환 선형 축퇴 공동 레이저 배열을 사용하여 실험 설정을 최적화 할 때 시스템의 총 계산 시간을 약 100 나노초로 줄였습니다. 이에 비해 RAAR 알고리즘을 사용한 재구성 시간은 1 초 동안 지속되었습니다. 이런 식으로. C. Tradonsky와 동료들은 새로운 DDCL (digital degenerate cavity laser)을 사용하여 빠른 위상 검색을위한 광학 시스템을 제시했습니다. 계산 시간은 100 나노초였다. 기존의 알고리즘 기반 계산 시스템보다 훨씬 빠른 속도. 결과에 기초하여, DDCL 시스템에 대한 여러 수정은 독립적 인 병렬 조사의 수를 증가시키기 위해 레이저 캐비티의 길이 증가를 포함하여 성능을 잠재적으로 향상시킬 수 있습니다. 연구팀은 산란 매체를 통한 전파 후 다양한 문제를 해결하고 이미징 품질을 해결하기 위해 시스템을 추가로 탐색 할 것이다 .
더 탐색 압축 된 X- 선 데이터를 해결하는 새로운 계산 기술 추가 정보 : C. Tradonsky et al. 위상 검색 문제를위한 신속한 레이저 솔버, Science Advances (2019). DOI : 10.1126 / sciadv.aax4530 M. Marvin Seibert et al. X- 레이 레이저, Nature (2011)로 인터셉트되고 이미지화 된 단일 mimivirus 입자 . DOI : 10.1038 / nature09748 오리 카츠 (Ori Katz) 등 스페 클 상관 관계를 통해 산란 레이어를 통해 구석 구석을 가로 지르는 비 침습 단일 샷 이미징, Nature Photonics (2014). DOI : 10.1038 / nphoton.2014.189 저널 정보 : 과학 발전 , 자연 포토닉스 , 자연
https://phys.org/news/2019-10-rapid-laser-solver-phase-problem.html
.마이크로 모터는 단일 세포와 입자를 밀어
에 의해 샌디에고 - 캘리포니아 대학, 2019 년 10 월 25 일
초음파에 의해 구동되고 자석에 의해 조종되는 새로운 유형의 마이크로 모터는 붐비는 환경에서 개별 세포와 미세 입자 주위를 손상시키지 않고 움직일 수 있습니다. 이 기술은 표적 약물 전달, 나노 의학, 조직 공학, 재생 의학 및 기타 생물 의학 응용 분야에 새로운 가능성을 열어 줄 수 있습니다. 샌디에고 캘리포니아 대학의 나노 엔지니어링 교수 조셉 왕 (Joseph Wang)은 “이러한 마이크로 스위 머는 특별한 샘플 준비, 라벨링, 표면 개질없이 정밀한 제어 와 3 차원으로 단일 입자를 조작 할 수있는 새로운 방법을 제공한다 . 펜실베이니아 대학교의 화학 교수 인 Thomas Mallouk와 중국의 하얼빈 공과 대학의 재료 공학 및 공학 교수 인 Wei Wang은 10 월 25 일 과학 에서 발간 된 마이크로 모터를 설명하는 논문의 선임 저자입니다. 발전 합니다. 연구원들은 마이크로 모터를 사용하여 인접 입자와 세포를 방해하지 않고 수성 매체에서 개별 실리카 입자와 HeLa 세포를 밀어 넣었습니다. 한 시연에서 그들은 편지를 철자하기 위해 입자 주위를 밀어 넣었습니다. 연구원들은 또한 마이크로 모터를 제어하여 3 차원 장애물 위로 움직일 수있는 능력을 보여 주면서 마이크로 화 된 블록과 계단을 올라 갔다. 마이크로 모터는 금으로 코팅 된 중공의 반 캡슐 형 중합체 구조이다. 그들은 몸에 작은 마그네틱 니켈 조각이 들어있어 자석으로 조향 할 수 있습니다. 내면 화학적가 물에 잠긴 경우, 기포가 자발적으로 형성되도록 내부에 물 반발하도록 처리되어 마이크로 .
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2019/micromotorsp.mp4
초음파 / 자석 구동 마이크로 모터 작동. 비디오는 마이크로 모터, 개별 실리카 입자 및 HeLa 셀을 밀어주는 마이크로 모터 및 마이크로 화 된 계단을 오르는 마이크로 모터의 제조를 예시한다. 크레딧 : Liqiang Ren and Fernando Soto
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마이크로 스위 머의 계단 등반 과정 : 마이크로 스위 머가 3D 계단을 오르는 과정을 보여주는 애니메이션. 크레딧 : Fernando Soto 이 포획 된 기포는 마이크로 모터가 초음파에 반응 할 수있게한다. 초음파가 부딪 치면 기포가 마이크로 모터 내부에서 진동하여 초기 움직임을 추진하는 힘을 생성합니다. 마이크로 모터의 움직임을 유지하기 위해 연구원들은 외부 자기장을 적용 합니다 . 자기장의 방향을 변경함으로써 연구자들은 다른 방향으로 마이크로 모터를 조종하고 속도를 변경할 수 있습니다.
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2019/5db2c8bec718f.mp4
마이크로 스위 머의 동작 : 마이크로 스위 머가 외부 음향 및 자기장에 어떻게 반응하는지 보여주는 애니메이션. 크레딧 : Fernando Soto 나노 엔지니어링 박사 인 페르난도 소토 (Fernando Soto)는“임의의 움직임에 의존하는 임의의 움직임에 의존하는 화학적으로 연료가 공급되는 마이크로 모터와 달리 움직임에 대한 많은 제어력을 가지고있다. UC San Diego의 학생. "또한 초음파와 자석은 생체 적합성이어서이 마이크로 모터 시스템은 생물학적 응용에 사용하기에 매력적입니다."
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2019/5db2c8de1d93d.mp4
입자 인쇄 : 마이 크로스 워머로 4um 실리카 입자로 PSU를 인쇄하는 과정을 보여주는 실험 비디오. 크레딧 : Liqiang Ren 연구자들에 따르면, 미래의 마이크로 모터 개선은 생분해 성 폴리머로 그것들을 만들고 니켈을 산화철과 같은 독성이 덜한 자성 물질로 대체하는 등 생체 적합성을 높이는 것을 포함한다.
더 탐색 마이크로 모터는 박테리아에 의해 구동되고 빛에 의해 제어됩니다 추가 정보 : "단일 입자 조작을위한 3D 조종 가능, 음향 구동 식 마이크로 스위 머" Science Advances (2019). advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax3084 저널 정보 : 과학 발전 에 의해 제공 캘리포니아 대학 - 샌디에고
https://techxplore.com/news/2019-10-micromotors-cells-particles.html
.작은 드론 무리가 알려지지 않은 환경을 탐험하다
에 의한 기술의 델프트 대학 드론은 다른 방향으로 비행하여 환경을 탐험합니다. 드론이 선호하는 방향으로 다른 드론을 발견하면 다른 방향으로 비행을 시도합니다. 이것이 불가능할 때 (이 그림과 같이), 우선 순위가 낮은 드론이 우선 순위가 높은 드론을 벗어날 것입니다. 드론은 즉시 장애물을 처리하며, 그렇게함으로써 다른 방으로 들어오고 나갑니다. 크레딧 : TU Delft / MAVLab, 2019 년 10 월 23 일
연구원들은 알려지지 않은 환경을 스스로 탐험 할 수있는 작은 드론 떼를 발표했습니다. 10 월 23 일 Science Robotics 에서 발표 된이 작업 은 떼 로봇 공학 분야에서 중요한 단계입니다. 작은 33 그램 드론은 감지 및 계산 능력이 극히 제한적인 반면 자율적으로 탐색해야한다는 사실에서 문제가 발생합니다. 리버풀 대학교 (University of Liverpool)와 Radboud University of Nijmegen의 연구원들과 함께 공동 연구팀은 곤충 탐색의 상대적 단순성에서 영감을 얻어이 과제를 해결했다. 자연에서 영감 곤충 떼는 로봇 공학자들에게 작은 로봇이 떼에서 운영함으로써 자신의 한계를 극복 할 수 있다고 생각하도록 영감을주었습니다. 작고 저렴한 로봇 떼는 현재 대형 개별 로봇의 손이 닿지 않는 작업을 수행 할 수 있습니다. 예를 들어, 작은 비행 무인 항공기 떼는 하나의 큰 무인 항공기 보다 재난 현장을 훨씬 빠르게 탐색 할 수 있습니다 . 이러한 무리는 아직 실현되지 않았습니다. 수색 및 구출 지난 4 년 동안 네덜란드 국립 과학 재단 NWO Natural Artificial Intelligence 프로그램에 의해 재정 지원을받는 TU 델프트 대학과 리버풀 대학 및 니 메겐 Radboud 대학의 공동 연구팀은 작은 드론의 무리를 설계하기 위해 노력해 왔습니다 알려지지 않은 환경을 탐색합니다. 연구 프로젝트의 목표는 수색 및 구조 시나리오에서 드론 떼를 사용하는 단계를 만드는 것이 었습니다.
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2019/5db03d274ec47.mp4
Crazyflies 비디오가 성공적으로 수색 및 구조 시나리오를 완료했습니다. 드론은 다른 장소에 사람 크기의 나무 그림 두 개를 배치하고 온보드 카메라로 사진을 찍고 정보를 집으로 돌려 보냈습니다. 크레딧 : McGuire et al., Sci. 로봇. 4, eaaw9710 (2019) 주요 아이디어는 미래에 구조 대원들이 작은 무인 항공기 떼를 풀어 무너질 건물과 같은 재난 현장을 탐험 할 수 있다는 것이 었습니다. 드론 무리는 건물 안으로 들어 와서 탐험하고 관련 정보와 함께 기지국으로 돌아옵니다. 그런 다음 구조 담당자는 가장 관련있는 영역 (예 : 내부에 여전히 사람들이있는 영역)에 노력을 집중할 수 있습니다.
작은 드론은 손바닥에 들어가고 무게는 33 그램입니다. 떼에있는 다른 드론과 함께 무인 환경을 신속하게 탐색 할 수 있습니다. 크레딧 : TU Delft / MAVLab
피해자 찾기
이 프로젝트에서 작은 드론에는 카메라가 장착되어 있으며 재난 시나리오에서 피해자를 나타내는 두 개의 인형을 찾기 위해 실내 사무실 환경으로 보내졌습니다. 이 개념 증명 검색 및 구조 작업은 떼를 갖는 이점을 분명히 보여주었습니다. 6 분 안에 6 개의 드론 무리가 열린 방의 약 80 %를 탐사 할 수 있었는데, 드론 중 하나만으로는 불가능했습니다. 또한 스웜은 중복에 유용하다는 것이 밝혀졌습니다. 한 무인 항공기가 피해자를 발견했지만 카메라의 하드웨어 고장으로 인해 이미지를 가져올 수 없었습니다. 운 좋게도 또 다른 무인 항공기가 카메라로 피해자를 체포했습니다. 도전 킴벌리 맥과이어 (Kimberly McGuire) 박사는“군집 탐사를 달성하기위한 가장 큰 도전은 드론의 개별 지능 수준에있다”고 말했다. 프로젝트를 수행 한 학생. "프로젝트 초기에는 속도 제어 및 장애물 회피와 같은 기본 비행 기능을 달성하는 데 중점을 두었습니다. 그 후 작은 드론이 서로를 감지하고 피할 수있는 방법을 설계했습니다. 각 드론을 운반하여이를 해결했습니다. 무선 통신 칩과 칩 간 신호 강도 사용 — 이는 집에있는 WiFi 라우터에서 멀어 질 때 휴대 전화에 표시되는 막대의 수와 같습니다. 드론에 추가 하드웨어가 필요하지 않으며 계산이 거의 필요하지 않습니다. "
6 개의 작은 드론의 궤도는 6 분 안에 사무실 전체를 탐험합니다. 드론은 먼저 중앙의 시작 위치에있는 기지국에서 날아가서 열린 방을 탐색 한 다음 마지막으로 기지국으로 돌아갑니다. 크레딧 : TU Delft / MAVLab
자율 주행 떼 탐사 방식에서 가장 어려운 과제는 소형 로봇 이 알 수없는 환경을 스스로 탐색하는 데 어려움이 있다는 것 입니다. 그 이유는 소형 로봇이 감지 및 계산 측면에서 매우 제한되어 있기 때문입니다. 다시, 자연은 중요한 영감을주었습니다. 곤충은 매우 상세한지도를 만들지 않습니다. 대신, 그들은 식량 원과 그들의 둥지와 같은 랜드 마크와 행동 적으로 관련된 장소를 유지합니다. 프로젝트의 수석 연구원 인 Guido de Croon은“새로운 네비게이션 방법의 기본 아이디어는 네비게이션 기대치를 극도로 낮추는 것입니다. 로봇은 기지국으로 다시 돌아갈 수 있어야합니다. "로봇 떼는 먼저 각각의 로봇 이 서로 다른 선호 방향을 따르도록 하여 환경으로 퍼져 나갑니다 . 탐험 후 로봇은 기지국에 위치한 무선 비콘으로 돌아갑니다." 놀이 00:00 06:26 설정 전체 화면 입력 놀이 사무실 공간을 탐험하는 Crazyflies의 비디오. 크레딧 : McGuire et al., Sci. 로봇. 4, eaaw9710 (2019) 버그 알고리즘 Kimberly McGuire는 "제안 된 탐색 방법은 새로운 유형의 버그 알고리즘"이라고 덧붙였다. "버그 알고리즘은 환경의 맵을 만들지 않고 즉시 장애물을 처리합니다. 원칙적으로, 상세한 맵은 로봇이 맵의 어느 지점에서든 최적의 경로를 따라 다른 지점으로 이동할 수 있기 때문에 매우 편리합니다. 그러나 작은 로봇에서 이러한 맵을 만드는 데 드는 비용은 엄청나 다. 제안 된 버그 알고리즘은 경로를 덜 효율적으로 만들지 만 작은 로봇에서도 구현할 수 있다는 장점이있다. "
더 탐색 SwarmTouch : 인간-스웜 통신을위한 촉각 적 상호 작용 전략 추가 정보 : 사이언스 로보틱스 ( Science Robotics) (2019)는 "작은 비행 로봇 떼가 알려지지 않은 환경을 탐험 할 수있는 최소 내비게이션 솔루션" 이다. robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.aaw9710 저널 정보 : 과학 로봇 에 의해 제공 델프트 공과 대학교
https://techxplore.com/news/2019-10-swarm-tiny-drones-explores-unknown.html
.음, 꼬리가 보인다
A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)
B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://pr.ibs.re.kr/handle/8788114/5556?mode=full
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
Park Soo-jin is a meteorologist. She is Lee Hyun Kyu's friend of the same age.
.Scanning Doppler Lidar를 이용한 행성 경계층 바람의 측정
박수진 1, 제1저자 연구원
박수진 1, 김상우 1 세 *OrcID, 박문수 2OrcID과 송창근 3 1 서울 대학교 지구 환경 과학부 08826 2 한국 외국어 대학교 대기 과학 연구소, 용인 17035 삼 울산 국립 기술 대학교 도시 환경 공학부 울산 44919 * 서신을 처리해야하는 작성자. 접수 : 2018 년 6 월 19 일 / 개정 : 2018 년 8 월 7 일 / 수락 : 2018 년 8 월 8 일 / 게시일 : 2018 년 8 월 10 일 (이 기사는 대기 경계층 특집 원격 감지 (Remote Sensing of Atmospheric Boundary Layer )에 속한다. 전체 텍스트 | PDF [4697 KB, 2018 년 8 월 11 일 업로드 됨] | 피규어
추상
유성 경계층 (PBL)에서 바람 프로파일의 정확한 측정은 수치 기상 예측뿐만 아니라 대기 품질 모델링에서도 중요합니다. 스캐닝 도플러 광 검출 및 거리 측정 (라이더) 측정을 사용하는 두 가지 바람 검색 방법을 비교하고 동시 라디오 존데 음향으로 검증했습니다. 17 개의 라디오 존데 (radiosonde) 사운드 프로파일을 비교해 보면 사인 피팅 방법이 더 많은 수의 데이터 포인트를 검색 할 수 있다는 것을 보여 주었지만 특이 값 분해 방법은 바이어스 (0.57 ms -1 )와 평균 제곱근 오차 (1.75 ms -1)와 라디오 존데 soundings. 속도 방위각 디스플레이 스캔을 얻기 위해 방사 속도의 평균 시간 간격을 15 분으로 늘리면 소음에 대한 평균 신호 효과로 인해 라디오 존데 소리와 더 잘 일치하게됩니다. 나란히 놓인 윈드 도플러 라이더와 에어러솔 미사 산란 라이저에서 동시에 측정 한 결과 PBL 바람의 시간적 변화와 PBL 내 에어러솔의 수직 분포가 나타났다.
https://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
https://scitechdaily.com/harvard-scientist-connects-the-dots-in-fin-to-limb-evolution/ https://phys.org/news/2019-09-black-hole-center-galaxy-hungrier.html https://phys.org/news/2019-09-programmable-swarmbots-flexible-biological-tools.html https://phys.org/news/2019-10-hard-ceramic-tough-steel-newly.html
.엔지니어들은 공기에서 이산화탄소를 제거하는 새로운 방법을 개발합니다
매사추세츠 공과 대학 David Chandler 새로운 시스템의이 다이어그램에서, 오른쪽 상단에서 유입되는 공기는 이산화탄소를 끌어 당기는 배터리 전극을 포함하는 두 개의 챔버 (회색 직사각형 구조) 중 하나로 전달됩니다. 그런 다음 공기 흐름이 다른 챔버로 전환되고 첫 번째 챔버에 축적 된 이산화탄소가 별도의 저장 탱크로 플러시됩니다 (오른쪽). 이러한 교류 흐름은 2 단계 공정의 연속 작동을 가능하게합니다. 크레딧 : Massachusetts Institute of Technology,2019 년 10 월 25 일
공기 흐름에서 이산화탄소를 제거하는 새로운 방법은 기후 변화와의 전쟁에서 중요한 도구를 제공 할 수 있습니다. 새로운 시스템은 거의 모든 농도 수준에서 가스를 처리 할 수 있으며 심지어 현재 대기에서 발견되는 약 400 만분의 1까지도 가능합니다. 가스 흐름에서 이산화탄소 를 제거하는 대부분의 방법은 화석 연료 기반 발전소 의 연도 배출에서 발견되는 것과 같이 더 높은 농도를 요구합니다 . 대기에서 발견되는 저농도에서 작동 할 수있는 몇 가지 변형이 개발되었지만이 새로운 방법은 에너지 소비가 적고 비용이 많이 들지 않습니다. 충전 된 전기 화학 플레이트 스택을 통해 공기를 통과시키는 기술은 MIT 박사 후 연구원 인 사하 그 보스 키안 (Sahag Voskian) 의 논문 인 에너지 및 환경 과학 ( The Energy and Environmental Science) 저널의 새 논문에 나와있다 . Ralph Landau 화학 공학과 교수 Hatton. 이 장치는 본질적으로 충전 될 때 전극을 통과하는 공기 (또는 다른 가스 스트림)로부터 이산화탄소를 흡수 한 다음 방전 될 때 가스를 방출하는 대형 특수 배터리입니다. 작동시, 장치는 충전 사이클 동안 시스템을 통해 신선한 공기 또는 공급 가스가 송풍 된 후, 충 방전 동안 단순히 번갈아 가며, 배출 중에 순수한 농축 이산화탄소가 송풍된다. 배터리가 충전됨에 따라, 전기 화학 반응이 각각의 전극 스택의 표면에서 발생한다. 이들은 탄소 나노 튜브와 합성 된 폴리 안트라 퀴논이라는 화합물로 코팅되어 있습니다. 전극은 이산화탄소에 대한 자연 친화력을 가지며, 매우 낮은 농도로 존재하더라도 공기 스트림 또는 공급 가스에서 분자와 쉽게 반응한다. 역반응은 배터리가 방전 될 때 (장치가 전체 시스템에 필요한 전력의 일부를 제공 할 수있는 동안) 발생하며, 그 과정에서 순수한 이산화탄소 스트림을 배출합니다. 전체 시스템은 실온 및 정상 기압에서 작동합니다.
https://vimeo.com/368583616
크레딧 : Massachusetts Institute of Technology Voskian은“
대부분의 다른 탄소 포집 또는 탄소 흡수 기술에 비해이 기술의 가장 큰 장점은 흡착제와 이산화탄소의 친화 성의 이진 특성이다. 다시 말해서, 전극 재료는 본질적으로 배터리의 충전 또는 방전 상태에 따라 "친 화성이 높거나 친 화성이 없다". 탄소 포집에 사용되는 다른 반응에는 중간 화학 처리 단계 또는 열 또는 압력 차이와 같은 중요한 에너지의 입력이 필요합니다. "이 진 친 화성이 백만 당 400 개 부품을 포함한 모든 농도에서 이산화탄소의 포획을 허용하고, 100 %의 CO를 포함한 모든 캐리어 스트림에 출시, 수 2 ,"Voskian는 말한다. 즉, 임의의 가스가 이들 편평한 전기 화학 전지의 스택을 통해 유동함에 따라, 방출 단계 동안 포획 된 이산화탄소가 그와 함께 운반 될 것이다. 예를 들어, 원하는 최종 생성물이 음료의 탄산화에 사용되는 순수한 이산화탄소 인 경우, 순수한 가스의 스트림이 플레이트를 통해 날려 질 수있다. 그런 다음 포집 된 가스는 플레이트에서 방출되어 스트림과 결합합니다. 일부 청량 음료 병에 담는 식물에서는 화석 연료를 연소시켜 음료에 피지를주는 데 필요한 이산화탄소를 생성합니다. 마찬가지로 일부 농부들은 온실에서 식물을 먹이기 위해 이산화탄소를 생산하기 위해 천연 가스를 연소시킵니다. 새로운 시스템은 이러한 응용 분야에서 화석 연료 에 대한 필요성을 제거 할 수 있으며, 그 과정에서 실제로 온실 가스를 대기 중으로 직접 배출하고 있다고 Voskian은 말합니다. 대안 적으로, 순수한 이산화탄소 스트림은 장기간 폐기를 위해 압축 및 지하로 주입되거나, 일련의 화학 및 전기 화학 공정을 통해 연료로 제조 될 수있다. 이 시스템이 이산화탄소를 포집하고 방출하는데 사용하는 과정은 "혁신적"이라고 그는 말한다. "이 모든 것은 주변 조건에 있습니다. 열, 압력 또는 화학 물질 입력이 필요하지 않습니다. 두 표면이 모두 활성화되어 상자에 쌓이고 전기 공급원에 연결할 수있는 매우 얇은 시트 일뿐입니다." Hatton은“실험실에서 열 에너지 원, 시스템 압력의 변화 또는 화학 물질의 첨가가 필요없는 분리 및 방출주기를 피할 수있는 다양한 환경 문제를 해결하기 위해 새로운 기술을 개발하기 위해 노력하고있다. "이 이산화탄소 포집 기술은 분리를 추진하기 위해 작은 전압 변동이 필요한 전기 화학적 접근 방식의 힘을 분명히 보여줍니다."
이산화탄소 (빨간색)가 포함 된 공기 또는 연도 가스 (파란색)가 오른쪽에서 시스템으로 유입됩니다. 얇은 배터리 전극 판 사이를 통과 할 때, 이산화탄소는 대전 된 판에 부착되고, 세정 된 기류는 통과하여 왼쪽으로 빠져 나간다. 크레딧 : Massachusetts Institute of Technology
배기 가스가 연속적으로 생산되는 발전소와 같은 작업 공장에서, 전기 화학 전지의 이러한 두 세트의 스택이 병렬로 작동하도록 병렬로 설정 될 수 있으며, 연도 가스가 한 세트에서 먼저 향하게됩니다. 탄소 포집을 위해 첫 번째 세트가 배출 사이클에 들어가는 동안 두 번째 세트로 전환되었습니다. 앞뒤로 번갈아 가면서 시스템은 항상 가스를 포획하고 배출 할 수 있습니다. 실험실에서이 팀은 시스템이 최소 7,000 회의 충전-방전주기를 견딜 수 있으며 그 시간 동안 30 %의 효율 손실이 있음을 입증했습니다. 연구진은이를 20,000 ~ 50,000 사이클로 쉽게 개선 할 수 있다고 추정합니다. 전극 자체는 표준 화학 처리 방법으로 제조 할 수 있습니다. 오늘날 이것은 실험실 환경에서 이루어 지지만 신문 인쇄기와 유사한 롤 투롤 제조 공정을 통해 대량으로 생산 될 수 있도록 개조 될 수 있다고 Voskian은 말한다. "우리는 매우 비용 효율적인 기술을 개발했다"고 설명했다. 전극의 평방 미터당 수십 달러와 같은 것으로 생산 될 수 있다고 추정했다. 기존의 다른 탄소 포집 기술과 비교할 때이 시스템은 포집 된 이산화탄소 1 톤당 약 1 기가 바이트의 에너지를 사용하여 매우 에너지 효율적입니다. Voskian에 따르면 기존의 다른 방법은 유입 이산화탄소 농도에 따라 톤당 1 ~ 10 기가 energy의 에너지 소비를 갖는다 고한다. 연구진이 과정을 상용화하고, 향후 몇 년 내에 파일럿 규모의 공장을 개발하기 위해 희망 Verdox라는 회사를 설립 한 그는 말한다. 그는 시스템을 확장하기가 매우 쉽다고 말합니다. "더 많은 용량을 원한다면 더 많은 전극을 만들면됩니다."
더 탐색 탄소 중립성을 갖춘 최초의 완전 충전식 이산화탄소 배터리 추가 정보 : Sahag Voskian et al. CO2 포집을위한 패러데이 전기 스윙 반응성 흡착, 에너지 및 환경 과학 (2019). DOI : 10.1039 / C9EE02412C 저널 정보 : 에너지 및 환경 과학 , 에너지 및 환경 과학 매사추세츠 공과 대학 제공
https://techxplore.com/news/2019-10-carbon-dioxide-air.html
.3 차원 종양 클러스터를 구축하는 노화 종양 세포
논문저자 이현규1, 논문저자 고려대 이현규 Hyun-Gyu Lee1,
June Hoan Kim 2, Woong Sun 2, Sung-Gil Chi3, WonshikChoi 1,4 & Kyoung J. Lee1 ,Scientific Reports volume 8 , 문서 번호 : 10503 ( 2018 ) | 인용문 다운로드 추상 세포 노화 (영구적 인 세포주기 정지)는 생물학적 유기체에 대한 유익한 중요성이 아직 탐구되기 시작한 공통적 인 흥미로운 현상입니다. 다른 한편으로는, 노화 세포는 그들 주위의 조직 구조를 변형시킬 수있다. 무한히 증식 할 수있는 능력을 가진 종양 세포는 그 현상으로부터 자유롭지 못합니다. 여기에 우리는 유방암 식민지의 고밀도 단일 층에있는 노화 세포가 주변에있는 비 노화 세포의 집합 센터 역할을하는 놀라운 관찰을보고합니다. 결과적으로, 노화 세포는 융합 성인 2D 종양 층에서 국소화 된 3D 세포 - 클러스터를 활발히 형성한다. 놀라운 현상을 뒷받침하는 생물 리 학적 메커니즘은 주로 유사 분열 세포 반올림, 동적 및 차동 세포 부착 및 세포 주 화성을 포함한다. 이러한 몇 가지 생물 물리학 적 요소를 통합함으로써 우리는 세포 Potts 모델을 통해 실험 관측을 재현 할 수있었습니다.
소개
세포 노화는 증식하는 세포가 완전한 성장 억제에 들어가고 그 체적을 극적으로 팽창시키는 (일반적으로, 2 차원 기질에서 튀긴 알 의 형태로) 생물체에서 공통적 인 현상이다 . 이 세포 상태의 근원은 강하게 연구되어왔다. 그러나 그 기본 메커니즘은 명확하지 않다. 1 , 2. 중요하게 노화 세포는 노화 관련 분비 표현형 (SASPs)으로 총체적으로 분류되는 다수의 분비물을 통해 그 이웃과 상호 작용한다. 이러한 분비 표현형은 생물에 부정적인 영향을 미치는 다양한 생물학적 과정에 관여하는 것으로 알려져있다. 예를 들어, 주위의 악성 종양 세포의 성장을 자극하는 친 염증성 사이토 카인과 케모카인이 그 중 3 개 , 4 개 입니다. 노화 세포의 축적은 또한 나이 - 관련 질환과 같은 더 많은 유기체 레벨 부작용과 연관된 5. 특히 조직 개조를 촉진 할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 세포 노화 따라서 암세포의 침윤 촉진 소프 주변 조직 구조를 만드는 세포 외 매트릭스 저하 프로테아제를 분비 6 , 7 , 8 . 한편, 노화 세포에 대한 유익한 효과에 대해서도 최근 논의된다. SASP는 배아 패터닝 9 , 10 및 상처 치료 11에 기여하는 단백질을 포함 합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 조직 재생 효과가 SASP에 의해 생물 물리학 적으로 조율되는 방법의 정확한 성격은 특히 조직에 대한 개별 세포의 규모에서 많이 연구되어야합니다. 이 논문에서는 단일 클론 세포주 인 MDA-MB-231 (널리 사용되는 악성 유방암 세포주)의 시험 관내 배양을 바탕으로 초기 시딩 및 이웃 노화 방지와의 상호 작용에서 신생 세포의 출현을 신중하게 분석합니다 세포. 놀랍게도, 불멸화 된 종양 세포조차도 노화를 일으키는 것으로 나타났습니다 12 . 더 흥미 진진한 것은 노화 된 MDA-MB-231 세포가 인접한 종양 세포에 대한 인력의 중심 역할을하여 처음에 2 층 (2D) 콜로니의 단층에서 3 차원 (3D ) 세포 클러스터. 우리는 전환 이 시험 관내 에서 명확한 것으로 나타남을 본다.예를 들어 노화 세포가 조직 개질에 관여 할 수있는 사례. 또한 몇 가지 필수 메커니즘만으로 통합 된 컴퓨터 모델을 통한 관찰에 대한 경험적 설명을 제공합니다. Metropolis kinetics에서 작동하는 셀룰러 Potts 모델 (CPM)은 세포 부피의 보존, 유사 분열 세포 반올림 (결과적으로 세포 - 환경 유착의 동적 강도)과 같은 생물 물리학 적 과정을 재현하는 것을 목표로하며, 세포의 주 화성 운동. 실험 결과 MDA-MB-231 세포 배양 물 (처음에는 직경 2mm의 디스크 영역에 균일하게 도금 된 합류 단일 층 (confluent mono layer),도 1a 참조, 방법에 대한 자세한 내용 참조)은 다수의 노화 세포가 전체 집단으로 무작위로 출현한다 시간이 지남에 따라 증가한다 (그림 1b ). 그들은 '튀긴 계란'형태로 쉽게 식별 할 수 있습니다 (그림 1c ). 노화 된 상태로 들어가는 세포의 몸체는 꽤 합류하는 인구 내에서도 거대한 지역을 차지하기 위해 며칠 동안 측면으로 팽창합니다 (그림 1c ). 완전히 개발 노화 세포의 점유 면적이 현저하게 다른 하나에서 다를 수 있지만, 일반적으로 1.4 × 10 종종 크고 매우 큰 수 5 μ m (2) (도. 참조 1D를) - 전형적인 비 노화 세포보다 약 3 배 더 크다. 반면에 노화 세포의 몸은 ~ 2 μ m 만큼 얇 습니다 (그림 1e 의 두 측면보기 참조 ). 신체는 f-actin의 조밀 한 네트워크에 의해 구조적으로 잘 유지됩니다 (그림 1e 의 상단 그림 참조 ). 세포가 갑자기 파열되어 대사 과정을 끝낼 때까지 끊임없는 시공간 파동이 몸 전체에 나타나며 핵쪽으로 향하게됩니다.
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0.pdf
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