.Maxwell’s Demon: A Uniquely Quantum Effect in Erasing Information Discovered
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.Super-Particles: The Importance of Good Neighbors in Catalysis
슈퍼 입자 : 촉매 작용에서 좋은 이웃의 중요성
주제 :촉매찰머스 공과 대학교화학 공학에너지산업 공학나노 입자 By CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2020 년 11 월 2 일 촉매 작용을위한 이웃 협력 촉매 작용을위한 이웃 협력. 첫째, 많은 구리 나노 입자가 가스로 채워진 나노 튜브에서 분리됩니다. 그런 다음 연구원들은 빛을 사용하여 산소와 일산화탄소가 이산화탄소가되는 과정에서 서로 영향을 미치는 방식을 측정합니다. 연구의 장기적인 목표는 가능한 한 많은 입자가 동시에 촉매 작용을하는 자원 효율적인 "이웃 협력"을 찾는 것입니다. 크레딧 : David Albinsson / Chalmers University of Technology
이웃의 영향을 받고 있습니까? 촉매의 나노 입자도 마찬가지입니다. Science Advances and Nature Communications 저널에 게재 된 Chalmers의 새로운 연구 는 가장 가까운 이웃이 나노 입자가 촉매에서 얼마나 잘 작동 하는지를 어떻게 결정하는지 보여줍니다. “연구의 장기적인 목표는 '초 입자'를 식별하여 향후보다 효율적인 촉매에 기여하는 것입니다. 오늘날보다 자원을 더 잘 활용하기 위해 가능한 한 많은 입자가 동시에 촉매 반응에 적극적으로 참여하기를 원합니다.”라고 Chalmers University of Technology 의 물리학과의 Christoph Langhammer 연구원은 말합니다 .
크리스토프 랭 해머 “지금 우리가 보여준 것은 입자의 산화 상태가 반응 중에 가장 가까운 이웃에 의해 동적으로 영향을받을 수 있다는 것입니다. 따라서 희망은 궁극적으로 촉매제에서 최적화 된 이웃 협력의 도움으로 자원을 절약 할 수 있다는 것입니다.”라고 Chalmers의 물리학과 교수 인 Christoph Langhammer는 말합니다. 출처 : Henrik Sandsjö / Chalmers University of Technology
많은 이웃들이 모여 공동 안뜰을 청소한다고 상상해보십시오. 그들은 각자 그룹의 노력에 기여하는 작업을 시작했습니다. 유일한 문제는 모든 사람이 동등하게 활동하지 않는다는 것입니다. 어떤 사람들은 열심히 일하고 효율적으로 일하는 반면, 다른 사람들은 주위를 거닐며 이야기하고 커피를 마 십니다. 최종 결과 만 본다면 누가 가장 많이 일했는지, 누가 진정했는지 알기가 어려울 것입니다. 이를 확인하려면 하루 종일 각 사람을 모니터링해야합니다. 촉매에서 금속 나노 입자의 활성도 마찬가지입니다. 어떤 입자가 언제 무엇을하는지 연구 할 수있는 가능성 촉매 내부에서 여러 입자가 반응의 효과에 영향을줍니다. 군중의 일부 입자는 효과적이지만 다른 입자는 비활성 상태입니다. 그러나 입자는 종종 스폰지처럼 다른 '구멍'에 숨겨져있어 연구하기가 어렵습니다. 촉매 기공 내부에서 실제로 무슨 일이 일어나는지 알기 위해 Chalmers University of Technology의 연구원들은 투명한 유리 나노 튜브에서 구리 입자 몇 개를 분리했습니다. 가스가 채워진 작은 파이프에 여러 개가 모이면 실제 조건에서 어떤 입자가 언제, 무엇을하는지 연구 할 수 있습니다. 튜브에서 일어나는 일은 입자가 유입되는 산소와 일산화탄소의 혼합 가스와 접촉하는 것입니다. 이러한 물질이 구리 입자 표면에서 서로 반응하면 이산화탄소가 생성됩니다. 배기 가스가 자동차의 촉매 변환기에서 정화 될 때 발생하는 것과 동일한 반응입니다. 단, 구리 대신에 백금, 팔라듐 및 로듐 입자가 독성 일산화탄소를 분해하는 데 자주 사용된다는 점을 제외하면 말입니다. 그러나 이러한 금속은 비싸고 희소하므로 연구원들은보다 자원 효율적인 대안을 찾고 있습니다.
데이비드 알빈 슨 “구리는 일산화탄소를 산화시키는 흥미로운 후보가 될 수 있습니다. 문제는 구리가 반응 중에 자체적으로 변하는 경향이 있으며 구리 입자가 촉매 내부에서 가장 활동적 일 때 어떤 산화 상태를 갖는지 측정 할 수 있어야한다는 것입니다. 실제 촉매 내부의 기공을 모방 한 나노 반응기를 사용하면 이제 가능할 것입니다.”라고 Chalmers 물리학과의 박사후 연구원이자 최근 Science Advances 및 Nature Communications에 발표 된 두 개의 과학 논문의 첫 번째 저자 인 David Albinsson은 말합니다. 크레딧 : Helén Rosenfeldt / Chalmers University of Technology
“구리는 일산화탄소를 산화시키는 흥미로운 후보가 될 수 있습니다. 문제는 구리가 반응 중에 자체적으로 변하는 경향이 있으며 구리 입자가 촉매 내부에서 가장 활동적 일 때 어떤 산화 상태를 갖는지 측정 할 수 있어야한다는 것입니다. 실제 촉매 내부의 기공을 모방 한 나노 반응기를 사용하면 이제 가능할 것입니다.”라고 Chalmers 물리학과의 박사후 연구원이자 최근 Science Advances 및 Nature Communications에 발표 된 두 개의 과학 논문의 첫 번째 저자 인 David Albinsson은 말합니다. 최적화 된 이웃 협력으로 자원 절약 오래된 구리 지붕이나 조각상을 본 사람이라면 누구나 대기 및 오염 물질과 접촉 한 후 곧 적갈색 금속이 녹색으로 변하는 것을 알 수 있습니다. 촉매의 구리 입자에서도 비슷한 일이 발생합니다. 따라서 효과적인 방법으로 함께 일하게하는 것이 중요합니다. “지금 우리가 보여준 것은 입자의 산화 상태가 반응 중에 가장 가까운 이웃에 의해 동적으로 영향을받을 수 있다는 것입니다. 따라서 희망은 궁극적으로 촉매제에서 최적화 된 이웃 협력의 도움으로 자원을 절약 할 수 있다는 것입니다.”라고 Chalmers의 물리학과 교수 인 Christoph Langhammer는 말합니다.
참조 : David Albinsson, Astrid Boje, Sara Nilsson, Christopher Tiburski, Anders Hellman, Henrik Ström 및 Christoph Langhammer의 "오페 란도 조건에서의 구리 촉매 작용-단일 나노 입자 조사와 촉매층 평균화 사이의 격차 해소", 2020 년 9 월 24 일, Nature Communications . DOI : 10.1038 / s41467-020-18623-1 David Albinsson, Stephan Bartling, Sara Nilsson, Henrik Ström, Joachim Fritzsche 및 Christoph Langhammer, 2020 년 6 월 19 일, Science Advances에 의해 "모델 기공 촉매 물질 내부의 단일 나노 입자 활동 역학의 오페 란도 검출" . DOI : 10.1126 / sciadv.aba7678
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.Maxwell’s Demon: A Uniquely Quantum Effect in Erasing Information Discovered
Maxwell의 악마 : 발견 된 정보 지우기의 고유 한 양자 효과
주제 :컴퓨터 과학양자 물리학트리니티 칼리지 더블린 By TRINITY COLLEGE DUBLIN 10 월 27, 2020 고유 한 양자 효과 입자의 위치 (왼쪽 또는 오른쪽)에 약간의 정보를 인코딩 할 수 있습니다. 악마는 입자가 확실히 오른쪽에 올 때까지 한쪽을 들어 올려 클래식 비트 (파란색)를 지울 수 있습니다. 양자 입자 (빨간색)도 장벽 아래로 터널링하여 더 많은 열을 생성 할 수 있습니다. 신용 : 더블린 트리니티 칼리지 교수 Goold
Trinity의 연구원들은 양자 컴퓨팅 칩 의 설계에 중요한 영향을 미칠 수있는 정보를 지울 때 고유 한 양자 효과를 발견했습니다 . 그들의 놀라운 발견은 150 년 이상 물리학 자들을 괴롭힌 역설적 인“맥스웰의 악마”를 되살립니다. 계산의 열역학은 1961 년에 IBM에 있던 Rolf Landauer가 열의 소산과 논리적으로 비가 역적 작동 사이의 관계를 발견했을 때 가장 두드러졌습니다.
Landauer는 "정보는 물리적이다" 라는 말로 유명합니다. 이는 정보가 추상적이지 않고 물리적 하드웨어에 인코딩되어 있음을 상기시켜줍니다. "비트"는 정보의 통화 (0 또는 1 일 수 있음)이며 Landauer는 비트가 지워지면 최소한의 열 방출이 있음을 발견했습니다. 이것은 Landauer의 경계로 알려져 있으며 정보 이론과 열역학 사이의 결정적인 연결 고리입니다.
ㅡTrinity의 John Goold 교수의 QuSys 그룹은 양자 비트 (동시에 0과 1이 될 수있는 큐 비트)가 지워지는 양자 컴퓨팅을 염두에두고이 주제를 분석하고 있습니다. 이 그룹은 Physical Review Letters 저널에 막 출판 된 연구에서 지워야 할 정보의 양자 적 특성이 기존의 비트 삭제에서는 볼 수 없었던 열 방출에 큰 편차를 초래할 수 있음을 발견했습니다.
열역학과 맥스웰의 악마 Landauer가 발견하기 100 년 전 비엔나 과학자 Ludwig Boltzmann, 스코틀랜드의 물리학 자 James Clerk Maxwell과 같은 사람들은 기체의 운동 이론을 공식화하고, 물질이 원자로 만들어지고 거시적으로 파생되는 것에 대해 생각함으로써 고대 그리스인의 오래된 생각을 되살 렸습니다. 미세 역학에서 열역학. Goold 교수는 다음과 같이 말합니다. “통계 역학은 압력과 온도와 같은 것, 심지어 열역학 법칙 자체까지도 물질의 원자 구성 요소의 평균 행동으로 이해할 수 있다고 말합니다. 열역학의 두 번째 법칙은 엔트로피라고 불리는 것에 관한 것인데, 요컨대, 프로세스의 장애를 측정하는 것입니다. 두 번째 법칙은 외부 개입이 없을 때 우주의 모든 과정이 평균적으로 엔트로피를 증가시키고 열 평형으로 알려진 상태에 도달하는 경향이 있음을 알려줍니다.
“이는 혼합 될 때 서로 다른 온도의 두 가스가 두 가스의 평균 온도에서 새로운 평형 상태에 도달 할 것임을 알려줍니다. 모든 동적 시스템이 적용된다는 점에서 궁극적 인 법칙입니다. 탈출구는 없습니다. 모든 것이 평형에 도달 할 것입니다. 심지어 당신도!” 그러나 통계 역학의 창시자들은 운동 이론의 시작부터 바로 제 2 법칙에 구멍을 뚫 으려고 노력했습니다. 평형 상태에있는 가스의 예를 다시 고려해보십시오.
Maxwell은 속도에 따라 가스에서 입자를 추적하고 분류 할 수있는 능력을 가진 가상의 "깨끗한"존재를 상상했습니다. 알려진대로 Maxwell의 악마는 가스가 들어있는 상자의 함정 문을 빠르게 열고 닫을 수 있으며 뜨거운 입자는 상자의 한쪽으로 통과하지만 차가운 입자는 다른쪽에는 제한 할 수 있습니다. 이 시나리오는 전체 엔트로피가 감소하고 아마도 물리학에서 가장 유명한 역설이 탄생했기 때문에 열역학 제 2 법칙과 모순되는 것 같습니다. 하지만 정보를 지우는 데 드는 열 손실 비용에 대한 Landauer의 발견은 어떻습니까? 음, 그것이 완전히 인정되고 역설이 해결되고 맥스웰의 악마가 마침내 쫓겨날 때까지 20 년이 더 걸렸습니다.
Landauer의 작업은 IBM의 Charlie Bennett이 가역 컴퓨팅의 아이디어를 조사하도록 영감을주었습니다. 1982 년 베넷은 마귀가 기억을 가져야한다고 주장하며, 역설의 제 2 법칙을 복원하는 행위는 측정이 아니라 마귀의 기억에있는 정보의 소 거라고 주장했다. 그 결과 계산 열역학이 탄생했습니다. 새로운 발견 이제 40 년이 지난 지금, Goold 교수의 그룹이 이끄는 새로운 연구가 양자 계산 열역학에 대한 스포트라이트를받는 곳입니다. 맨체스터 대학의 공동 연구자 Harry Miller와 Trinity의 QuSys Group, Mark Mitchison 및 Giacomo Guarnieri의 두 박사후 연구원과 함께 발표 된 최근 논문에서 팀은 양자 중첩 (큐빗)을 허용하는 실험적으로 현실적인 삭제 프로세스를 매우주의 깊게 연구했습니다. 동시에 상태 0과 1에있을 수 있음).
Goold 교수는 다음과 같이 설명합니다. “실제로 컴퓨터는 완벽한 시스템이 아니기 때문에 Landauer의 열 발산 경계에서 멀리 떨어져 작동합니다. 그러나 컴퓨팅 구성 요소의 소형화가 계속됨에 따라 그 경계가 점점 가까워지고 양자 컴퓨팅 기계와 관련성이 높아지기 때문에 경계에 대해 생각하는 것이 여전히 중요합니다. 놀라운 점은 요즘 기술로 그 한계에 접근하는 지우기를 연구 할 수 있다는 것입니다. “우리는 '이 뚜렷한 양자 기능이 삭제 프로토콜에 어떤 차이를 만드는가?'라고 물었습니다. 그리고 그 대답은 우리가 예상하지 못한 것이었다. 양자 중첩으로 인해 이상적인 삭제 프로토콜에서도 Landauer 한계보다 훨씬 더 큰 열을 방출하는 매우 드문 이벤트가 발생한다는 것을 발견했습니다.
“이 논문에서 우리는 이러한 이벤트가 존재하고 고유 한 양자 특성임을 수학적으로 증명합니다. 이것은 미래의 양자 칩의 열 관리에 정말 중요 할 수있는 매우 특이한 발견입니다. 특히 더 빠른 작업과 다른 게이트 구현의 열역학을 분석하는 데는 훨씬 더 많은 작업이 필요합니다. "2020 년에도 Maxwell의 악마는 자연의 법칙에 대한 근본적인 질문을 계속해서 제기합니다."
참조 : Harry J. D. Miller, Giacomo Guarnieri, Mark T. Mitchison 및 John Goold의“Quantum Fluctuations Hinder Finite-Time Information Erasure near the Landauer Limit”, 2020 년 10 월 15 일, Physical Review Letters . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.125.160602
https://scitechdaily.com/maxwells-demon-a-uniquely-quantum-effect-in-erasing-information-discovered/
ㅡ 최근 논문에서 팀은 양자 중첩 (큐빗)을 허용하는 실험적으로 현실적인 삭제 프로세스를 매우주의 깊게 연구했습니다. 동시에 상태 0과 1에있을 수 있음).
Goold 교수는 다음과 같이 설명합니다. “실제로 컴퓨터는 완벽한 시스템이 아니기 때문에 Landauer의 열 발산 경계에서 멀리 떨어져 작동합니다. 그러나 컴퓨팅 구성 요소의 소형화가 계속됨에 따라 그 경계가 점점 가까워지고 양자 컴퓨팅 기계와 관련성이 높아지기 때문에 경계에 대해 생각하는 것이 여전히 중요합니다. 놀라운 점은 요즘 기술로 그 한계에 접근하는 지우기를 연구 할 수 있다는 것입니다. “우리는 '이 뚜렷한 양자 기능이 삭제 프로토콜에 어떤 차이를 만드는가?'라고 물었습니다. 그리고 그 대답은 우리가 예상하지 못한 것이었다. 양자 중첩으로 인해 이상적인 삭제 프로토콜에서도 Landauer 한계보다 훨씬 더 큰 열을 방출하는 매우 드문 이벤트가 발생한다는 것을 발견했습니다.
=메모 2011032
보기1.은 10차 oms(original magicsum)이다. oms에는 동시에 상태 0과 1에 있다는 점이다. 그러면 oms는 양자 중첩 (큐빗)이 아닌가?
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In a recent paper, the team very carefully studied an experimentally realistic deletion process that allows for quantum superposition (cubits). Can be in states 0 and 1 at the same time).
Professor Goold explains: “In fact, computers aren't a perfect system, so they work far away from Landauer's heat dissipation boundaries. However, as computing components continue to be miniaturized, it is still important to think about boundaries as their boundaries are getting closer and more relevant to quantum computing machines. What's amazing is that you can study erasing approaching its limits with these days technology. “We asked,'What difference does this distinct quantum feature make to the erasure protocol?' And the answer was something we didn't expect. We found that quantum superposition results in very rare events that emit heat much greater than the Landauer limit even in the ideal deletion protocol.
=Memo 2011032
Example 1. is the tenth order oms (original magic sum). The oms is that it is in states 0 and 1 at the same time. So isn't oms a quantum superposition (cubit)
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.Nylon finally takes its place as a piezoelectric textile
나일론이 마침내 압전 직물로 자리 매김
작성자 : Anna Demming, Phys.org 솔벤트 설계와 전기 방사 엔지니어링은 50 년 된 수수께끼를 풀고 압전 나일론 섬유를 얻습니다. K. Maisenbacher 작성. 크레딧 : Max Planck Institute for Polymer Research NOVEMBER 2, 2020 FEATURE
나일론은 나일론을 기반으로 한 섬유 산업이 확립되어있을뿐만 아니라 압전 결정상을 편리하게 가지고 있기 때문에 전자 섬유를위한 확실한 소재로 보일 수 있습니다. 두드리면 압력에 완벽한 전하가 축적됩니다. 주변 운동으로부터 에너지를 감지하고 수확합니다. 안타깝게도 나일론 을 섬유로 만들면서 압전 반응 이 있는 결정 구조를 취하는 것은 간단하지 않습니다. "이것은 거의 반세기 동안 도전하고있다"카말 Asadi, 고분자 연구소, 독일 막스 플랑크 연구소의 연구원, 그리고 최근에 목욕, 영국 대학의 교수 설명 고급 기능 재료가 보고서 그와 그의 협력자들은 그들이 마침내 이것을 어떻게 극복했는지 설명합니다.
나일론의 압전 단계는 전자 섬유뿐만 아니라 모든 종류의 전자 장치, 특히 기존의 압전 세라믹보다 덜 부서지기 쉬운 것에 대한 요구가있는 곳에서 매력을 유지합니다. 그러나 수십 년 동안 강한 압전 반응을 보이는 결정상을 가진 나일론을 생산하는 유일한 방법은 그것을 녹이고 빠르게 냉각 한 다음 스 멕틱 δ '상으로 설정되도록 늘이는 것입니다. 이로 인해 일반적으로 수십 마이크로 미터 두께의 슬래브가 생성됩니다. 이는 전자 장치 또는 전자 섬유에 적용하기에는 너무 두껍습니다. 압전 거동의 존재는 나일론 중합체 사슬의 반복 단위에있는 아미드 부분과 인접한 사슬에있는 것과의 상호 작용에서 비롯됩니다. 이러한 아미드가 쌍극자를 전기장과 자유롭게 정렬 할 수있는 경우 1980 년대에 처음 관찰 된 것처럼 재료의 압전 효과를 활용할 수 있습니다. 그러나 대부분의 나일론 결정상에서 일어나는 일은 이러한 아미드가 다른 폴리머 사슬의 아미드와 강한 수소 결합 을 형성 하여 위치를 고정하여 방향을 바꾸고 정렬하지 못하게합니다. 따라서 도전 과제는 아미드를 자유롭게 재배 향할 수있는 상을 생성하는 방법을 찾는 것이었지만 용융, 냉각 및 스트레치 접근 방식으로 생성 할 수있는 형태가 그렇게 제한되지 않았습니다. 깨끗한 성공 전 세계 대부분의 연구 그룹은 1990 년대까지 압전 필름이나 섬유를 생산하려는 노력을 포기했지만, Asadi의 "섬유 엔지니어였던 뛰어난 학생"그룹 인 Saleem Anwar에 도착하자 Asadi는 문제를 살펴 보도록 촉구했습니다.
연구진은 강력한 압전 특성을 가진 단계에서 나일론을 생산하기위한 필수 요소를 고려하기 시작했습니다. 용융, 냉각 및 스트레치 접근 방식은 나일론을 빠르게 냉각시키는 데 달려 있으므로 Asadi와 Anwar와 그들의 협력자들은 나일론을 용매에 용해시킨 다음 해당 용매를 빠르게 추출하여 동일한 효과를 얻을 수있는 방법을 살펴 보았습니다. 그러나 용매는 아미드 사이의 수소 결합을 공격하고 그 자리에 수소 결합을 형성하여 나일론을 용해시키는 경향이 있으므로 용매를 제거하는 것이 거의 불가능합니다. 어느 날 Anwar가 Trifluoroacetic acid (TFA)를 용매로 사용하여 나일론 필름을 생산하려고 시도한 후 아세톤으로 청소하는 동안 이상한 관찰을 Asadi에게 말했을 때 돌파구가 발생했습니다. 유출 된 나일론 용액이 투명 해졌습니다. 갑작스런 투명성을 의심하는 것은 반응이 일어나고 있음을 나타내야하며, 팀은 TFA와 아세톤으로 솔루션을 만들고 그것으로부터 나일론 가공을 시도했습니다. 물론 다음 주에 "Saleem이 '유레카'의 순간에 돌아 왔습니다. 'I have it!'"Asadi는 말합니다.
ㅡAnwar가 우연히 발견 한 것은 과학에 알려진 가장 강력한 수소 결합 중 하나 인 아세톤과 TFA 사이의 수소 결합이었습니다. 그래서 연구원들이 용매를 증발시키기 위해 고진공 상태에서 기판 위에 용액을 놓았을 때, Asadi는 "말 그대로 아세톤이 TFA 분자의 손을 잡고 나일론 밖으로 운반하여 압전 결정상을 생성하는 것과 같습니다. " 섬유 스위트 스팟 연구원들은 강력한 압전 반응을 보이는 나일론 박막을 최초로 생산했습니다. 그러나 그것은 생산 방법이 여전히 고진공과 호환되지 않기 때문에 섬유 생산 문제를 해결하지 못했습니다. 그래서 그들은 용매 추출 속도를 제어 할 수있는 다른 방법을 찾았습니다.
그들은 전기 방사 (electrospinning)에 의해 섬유를 생산하는 데 초점을 맞추 었습니다. 전기장 이 고분자 용액을 직경이 수십 나노 미터 정도로 작은 섬유로 끌어 들이고 섬유의 표면적 대 부피 비율이 높으면 높은 용매가 생성됩니다. 추출 속도. 그런 다음 다른 요인이 소중한 δ '상에서 섬유 형성을 방해하지 않도록 폴리머 용액의 점도 및 전기 방사 조건과 균형을 맞추는 것이 트릭이었습니다. 연구원들은 약 200nm 너비의 섬유에 대한 경쟁 요소 사이의 최적 지점을 발견했습니다.
8Hz의 주파수에서주기적인 기계적 충격 하에서 생성 된 전위를 측정 한 결과 200nm δ'- 상 섬유는 6V를 생성 한 반면, 좁은 섬유는 0.6V 미만을 생성했습니다. 압전 반응이없는 위상으로 형성되는 섬유. 사실, 약 1000nm의 더 넓은 섬유에서 나일론은 γ 결정상으로 형성 되는데, 이는 섬유가 효과적인 빠른 용매 추출을 위해 너무 두꺼 웠기 때문에 약한 압전 반응만을 나타냅니다. 두꺼운 섬유에서 γ상의 더 열악한 압전 반응은 어떤면에서 더 큰 섬유 부피에 의해 보상되어 4V의 전위가 생성되었습니다. 그러나 200nm δ '상 섬유는 여전히 더 민감한 반응의 장점을 가지고 있습니다. 도청에 대한 전선의 민감도는 펄스 측정과 같은 생체 인식 모니터링에서 나일론 의류를 입고 걸어 다니는 것만으로 휴대폰을 충전 할 수있는 장치에 이르기까지 흥미로운 응용 분야를 제안합니다.
더 알아보기 투명 전자 장치의 빌딩 블록으로서의 나일론? 추가 정보 : Saleem Anwar et al. 전자 섬유 용 압전 나일론 -11 섬유, 에너지 수확 및 감지, 고급 기능성 재료 (2020). DOI : 10.1002 / adfm.202004326 저널 정보 : 고급 기능성 재료
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.Bats can predict the future, researchers discover
박쥐는 미래를 예측할 수있다
작성자 : Johns Hopkins University 박쥐는 실험 중에 곤충을 잡을 준비가되어 있습니다. 신용 : Johns Hopkins University.NOVEMBER 2, 2020
그들은 재산을 말할 수없고 주식 시장에서는 쓸모가 없지만 박쥐는 저녁 식사를 어디서 구할 수 있는지 예측하는 데 능숙합니다. 박쥐는 에코의 표적 움직임에 대한 즉석 예측 모델을 구축하여 먹이가 향하는 위치를 계산한다고 Johns Hopkins University 연구진이 발견했습니다. 이 모델은 매우 견고하여 박쥐 는 나무와 같은 에코 차단 장애물 뒤에서 일시적으로 사라지더라도 먹이를 계속 추적 할 수 있습니다 . 시각을 통한 물체의 움직임 경로를 예측하는 것이 광범위하게 연구되었지만, 오늘날 PNAS 저널에 발표 된 이러한 발견 은 청력의 비교 과정을 조사한 최초의 것입니다. 이 작품은 주변의 물체를 추적하기 위해 소리를 듣는 시각 장애인을 포함하여 동물과 인간의 청각 유도 행동에 대한 이해를 향상시킵니다. 신경 과학자 인 Cynthia F. Moss는 "테니스 선수가 공을 치는시기와 위치를 알아 내야하는 것과 마찬가지로, 박쥐는 자신이 사냥하는 곤충과 언제 어디서 접촉할지 예상해야합니다."라고 말했습니다. 심리학 및 뇌 과학 교수. "곤충이 날고 있습니다. 박쥐도 날고 있습니다. 매우 빠르게 변화하는 환경에서 박쥐가 가장 최근의 에코에서 얻은 정보에만 의존한다면 곤충을 놓칠 것입니다."
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2020/1-batscanpredi.mp4
박쥐는 실험 중에 곤충의 위치를 예측합니다. 크레딧 : Johns Hopkins University
박쥐는 각 반향 위치 호출과 결과 반향 사이의 시간 지연을 사용하여 먹이가 얼마나 멀리 있는지 확인합니다. 그들은 먹이가 수평면에서 어디에 있는지 알아 내기 위해 변화하는 에코의 강도를 잡기 위해 머리를 기울입니다. 박쥐는 불규칙하게 움직이는 곤충을 성공적으로 추적하기 위해 물체의 거리와 방향에 대한 에코 정보를 수집해야합니다. 그러나 박쥐는 훌륭한 사냥꾼이기 때문에 연구팀은 또한 박쥐가이 정보를 사용하여 먹이가 어디로 향하는 지 예측해야한다고 생각했습니다. 실험실에서 이것을 테스트하기 위해 그들은 야생에서 박쥐 사냥의 상황을 밀접하게 반영하는 실험을 설계했습니다. 그들은 박쥐가 농어촌에 머물면서 곤충을 추적하도록 훈련 시켰습니다. 팀은 곤충이 이동하는 위치와 속도를 변경하면서 박쥐의 반향 위치 호출과 머리 움직임을 기록했습니다. 그들은 또한 에코를 방해하는 장애물을 추가했습니다. "우리는 데이터를 테스트하기 위해 수학적 모델을 고안했고 박쥐가 무엇을 할 수 있는지에 대한 다른 가설을 내놓았습니다."라고 심리학 및 뇌 과학 박사 과정 후보자 인 공동 제 1 저자 인 Clarice Anna Diebold는 말했습니다.
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2020/1-batscanpredi.mp4
박쥐는 실험 중에 곤충의 위치를 예측합니다. 크레딧 : Johns Hopkins University
박쥐가 곤충의 위치를 예측하지 못한다면 머리 움직임이 항상 목표보다 뒤처 질 것입니다. 하지만 그렇지 않았습니다. 박쥐가 머리를 고정 된 위치에 두었다면, 때로는 곤충이 끝나는 곳을 반영하면 예측 이론이 제거됩니다. 그러나 그것은 일어나지 않았습니다. 그리고 만약 박쥐가 속도를 추정하기 위해 에코의 정보만을 사용했다면, 그것은 박쥐의 정확도를 설명하기에 충분하지 않을 것입니다. 박사후 연구원 인 공동 제 1 저자 인 앙헬레스 살레스 (Angeles Salles)는 "박쥐가 에코의 타이밍에서 나온 속도 정보를 모두 사용하고 머리 조준을 추가로 조정한다는 가설을 세웠다"고 말했다. "데이터로이 모델을 테스트했을 때 매우 적합하다는 것을 알았습니다."
이 발견은 박쥐가 곤충의 미래 위치를 예측하지 않는다는 이전에 받아 들여진 개념을 뒤집습니다. 이는 주로 고속 비디오가 널리 사용되기 전에 수행 된 1980 년대 연구에서 도출 된 결론입니다. Salles는 "동물은 다음에 무엇을 할 것인지 결정하기 위해 미리 계획을 세워야하기 때문에 예측 문제가 중요합니다."라고 말했습니다. "시각적 동물이나 인간은 들어오는 정보의 흐름을 가지고 있지만, 박쥐의 경우에는 짧은 음향 스냅 샷만으로이 작업을 수행하기 때문에 놀랍습니다." 여기서는 박쥐를 연구하지만,이 연구 결과는 움직이는 소리를 추적하는 모든 동물, 심지어는 장애물을 피하면서 탐색을 돕기 위해 클릭과 지팡이 탭을 사용하는 시각 장애인과 같은 사람들에게도 적용됩니다.
더 알아보기 katydids는 박쥐 소리를 들었을 때 무엇을 했습니까? 추가 정보 : Angeles Salles el al., "반향하는 박쥐는 청각 물체의 움직임을 예측하기 위해 음향 스냅 샷에서 정보를 축적합니다 . " PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2011719117 저널 정보 : Proceedings of the National Academy of Sciences 에 의해 제공 존스 홉킨스 대학
https://phys.org/news/2020-11-future.html
.음, 꼬리가 보인다
.Measurement of Planetary Boundary Layer Winds with Scanning Doppler Lidar
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
참고.
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
http://www.sci-news.com/astronomy/earth-sized-exoplanet-habitable-zone-red-dwarf-toi-700d-07991.html
또 다른 모델은 TOI-700d를 구름이없는 전 지구의 현대 지구 버전으로 묘사합니다. 별빛이 행성의 대기를 통과 할 때 이산화탄소와 질소와 같은 분자와 상호 작용하여 스펙트럼 선 (spectral line)이라고하는 독특한 신호를 생성합니다.”또한 과학자들은 TOI-700d의 20 가지 모델 게시되었습니다 .
버전에 대해 시뮬레이션 된 스펙트럼을 생성했습니다.First Optical Measurements of Milky Way’s Mysterious Fermi Bubbles
.Senescent tumor cells building three-dimensional tumor clusters
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
.Nylon finally takes its place as a piezoelectric textile
나일론이 마침내 압전 직물로 자리 매김
작성자 : Anna Demming, Phys.org 솔벤트 설계와 전기 방사 엔지니어링은 50 년 된 수수께끼를 풀고 압전 나일론 섬유를 얻습니다. K. Maisenbacher 작성. 크레딧 : Max Planck Institute for Polymer Research NOVEMBER 2, 2020 FEATURE
나일론은 나일론을 기반으로 한 섬유 산업이 확립되어있을뿐만 아니라 압전 결정상을 편리하게 가지고 있기 때문에 전자 섬유를위한 확실한 소재로 보일 수 있습니다. 두드리면 압력에 완벽한 전하가 축적됩니다. 주변 운동으로부터 에너지를 감지하고 수확합니다. 안타깝게도 나일론 을 섬유로 만들면서 압전 반응 이 있는 결정 구조를 취하는 것은 간단하지 않습니다. "이것은 거의 반세기 동안 도전하고있다"카말 Asadi, 고분자 연구소, 독일 막스 플랑크 연구소의 연구원, 그리고 최근에 목욕, 영국 대학의 교수 설명 고급 기능 재료가 보고서 그와 그의 협력자들은 그들이 마침내 이것을 어떻게 극복했는지 설명합니다. 나일론의 압전 단계는 전자 섬유뿐만 아니라 모든 종류의 전자 장치, 특히 기존의 압전 세라믹보다 덜 부서지기 쉬운 것에 대한 요구가있는 곳에서 매력을 유지합니다. 그러나 수십 년 동안 강한 압전 반응을 보이는 결정상을 가진 나일론을 생산하는 유일한 방법은 그것을 녹이고 빠르게 냉각 한 다음 스 멕틱 δ '상으로 설정되도록 늘이는 것입니다. 이로 인해 일반적으로 수십 마이크로 미터 두께의 슬래브가 생성됩니다. 이는 전자 장치 또는 전자 섬유에 적용하기에는 너무 두껍습니다. 압전 거동의 존재는 나일론 중합체 사슬의 반복 단위에있는 아미드 부분과 인접한 사슬에있는 것과의 상호 작용에서 비롯됩니다. 이러한 아미드가 쌍극자를 전기장과 자유롭게 정렬 할 수있는 경우 1980 년대에 처음 관찰 된 것처럼 재료의 압전 효과를 활용할 수 있습니다. 그러나 대부분의 나일론 결정상에서 일어나는 일은 이러한 아미드가 다른 폴리머 사슬의 아미드와 강한 수소 결합 을 형성 하여 위치를 고정하여 방향을 바꾸고 정렬하지 못하게합니다. 따라서 도전 과제는 아미드를 자유롭게 재배 향할 수있는 상을 생성하는 방법을 찾는 것이었지만 용융, 냉각 및 스트레치 접근 방식으로 생성 할 수있는 형태가 그렇게 제한되지 않았습니다. 깨끗한 성공 전 세계 대부분의 연구 그룹은 1990 년대까지 압전 필름이나 섬유를 생산하려는 노력을 포기했지만, Asadi의 "섬유 엔지니어였던 뛰어난 학생"그룹 인 Saleem Anwar에 도착하자 Asadi는 문제를 살펴 보도록 촉구했습니다. 연구진은 강력한 압전 특성을 가진 단계에서 나일론을 생산하기위한 필수 요소를 고려하기 시작했습니다. 용융, 냉각 및 스트레치 접근 방식은 나일론을 빠르게 냉각시키는 데 달려 있으므로 Asadi와 Anwar와 그들의 협력자들은 나일론을 용매에 용해시킨 다음 해당 용매를 빠르게 추출하여 동일한 효과를 얻을 수있는 방법을 살펴 보았습니다. 그러나 용매는 아미드 사이의 수소 결합을 공격하고 그 자리에 수소 결합을 형성하여 나일론을 용해시키는 경향이 있으므로 용매를 제거하는 것이 거의 불가능합니다. 어느 날 Anwar가 Trifluoroacetic acid (TFA)를 용매로 사용하여 나일론 필름을 생산하려고 시도한 후 아세톤으로 청소하는 동안 이상한 관찰을 Asadi에게 말했을 때 돌파구가 발생했습니다. 유출 된 나일론 용액이 투명 해졌습니다. 갑작스런 투명성을 의심하는 것은 반응이 일어나고 있음을 나타내야하며, 팀은 TFA와 아세톤으로 솔루션을 만들고 그것으로부터 나일론 가공을 시도했습니다. 물론 다음 주에 "Saleem이 '유레카'의 순간에 돌아 왔습니다. 'I have it!'"Asadi는 말합니다. Anwar가 우연히 발견 한 것은 과학에 알려진 가장 강력한 수소 결합 중 하나 인 아세톤과 TFA 사이의 수소 결합이었습니다. 그래서 연구원들이 용매를 증발시키기 위해 고진공 상태에서 기판 위에 용액을 놓았을 때, Asadi는 "말 그대로 아세톤이 TFA 분자의 손을 잡고 나일론 밖으로 운반하여 압전 결정상을 생성하는 것과 같습니다. " 섬유 스위트 스팟 연구원들은 강력한 압전 반응을 보이는 나일론 박막을 최초로 생산했습니다. 그러나 그것은 생산 방법이 여전히 고진공과 호환되지 않기 때문에 섬유 생산 문제를 해결하지 못했습니다. 그래서 그들은 용매 추출 속도를 제어 할 수있는 다른 방법을 찾았습니다. 그들은 전기 방사 (electrospinning)에 의해 섬유를 생산하는 데 초점을 맞추 었습니다. 전기장 이 고분자 용액을 직경이 수십 나노 미터 정도로 작은 섬유로 끌어 들이고 섬유의 표면적 대 부피 비율이 높으면 높은 용매가 생성됩니다. 추출 속도. 그런 다음 다른 요인이 소중한 δ '상에서 섬유 형성을 방해하지 않도록 폴리머 용액의 점도 및 전기 방사 조건과 균형을 맞추는 것이 트릭이었습니다. 연구원들은 약 200nm 너비의 섬유에 대한 경쟁 요소 사이의 최적 지점을 발견했습니다. 8Hz의 주파수에서주기적인 기계적 충격 하에서 생성 된 전위를 측정 한 결과 200nm δ'- 상 섬유는 6V를 생성 한 반면, 좁은 섬유는 0.6V 미만을 생성했습니다. 압전 반응이없는 위상으로 형성되는 섬유. 사실, 약 1000nm의 더 넓은 섬유에서 나일론은 γ 결정상으로 형성 되는데, 이는 섬유가 효과적인 빠른 용매 추출을 위해 너무 두꺼 웠기 때문에 약한 압전 반응만을 나타냅니다. 두꺼운 섬유에서 γ상의 더 열악한 압전 반응은 어떤면에서 더 큰 섬유 부피에 의해 보상되어 4V의 전위가 생성되었습니다. 그러나 200nm δ '상 섬유는 여전히 더 민감한 반응의 장점을 가지고 있습니다. 도청에 대한 전선의 민감도는 펄스 측정과 같은 생체 인식 모니터링에서 나일론 의류를 입고 걸어 다니는 것만으로 휴대폰을 충전 할 수있는 장치에 이르기까지 흥미로운 응용 분야를 제안합니다.
더 알아보기 투명 전자 장치의 빌딩 블록으로서의 나일론? 추가 정보 : Saleem Anwar et al. 전자 섬유 용 압전 나일론 -11 섬유, 에너지 수확 및 감지, 고급 기능성 재료 (2020). DOI : 10.1002 / adfm.202004326 저널 정보 : 고급 기능성 재료
https://phys.org/news/2020-10-nylon-piezoelectric-textile.html
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