Главная / Технологии / Создано графеновое устройство, способное преобразовывать Броуновское движение в электрическую энергию

Создано графеновое устройство, способное преобразовывать Броуновское движение в электрическую энергию

Создано графеновое устройство, способное преобразовывать Броуновское движение в электрическую энергию

Группа исследователей из Арканзасского университета разработала электронную схему с ключевыми компонентами, изготовленными из графена, которая способна преобразовывать энергию теплового движения в электричество. Ученые утверждают, что такая технология сбора и преобразования вторичной тепловой энергии может быть размещена прямо на поверхности кристаллов полупроводниковых чипов и она, эта технология, может стать безграничным источником экологически чистой энергии для датчиков и миниатюрных электронных устройств из разряда Интернета Вещей.

Данное достижение является результатом открытия, сделанного учеными из Арканзаса еще три года назад. Тогда ученым удалось обнаружить, что частицы графена, который является формой углерода с кристаллической решеткой одноатомной толщины, вибрируют своеобразным способом под воздействием Броуновского движения и эти вибрации можно использовать для сбора электрической энергии. Данное открытие являлось весьма спорным, так как оно шло вразрез с теорией Ричарда Фейнмана (Richard Feynman), согласно которой тепловое движение атомов и молекул, известное как Броуновское движение, не может быть использовано для производства полезной работы.

Однако физики из Арканзасского университета нашли, что уже при комнатной температуре движение атомов углерода в графене могут спровоцировать появление переменного электрического тока в специальной схеме, то, что раньше считалось невозможным. Также исследователи выяснили, что количество вырабатываемой энергии можно увеличить за счет специального дизайна схемы и конструкции ее графеновых элементов. К элементам «специального дизайна» относятся высокоскоростные диоды с малым падением напряжения и их присутствие только увеличивает количество преобразованной тепловой энергии.

Наличие диодов в графеновой схеме и увеличение количества преобразованной энергии полностью укладывается в рамки относительно новой области физики, называемой стохастической термодинамикой. Графеновые элементы и окружающая их схема входят в своего рода «симбиотические взаимоотношения», за счет которых преобразованное в электричество тепло воздействует лишь на резистор нагрузки, а графен и вся остальная схема находятся при одной и той же температуре, что исключает теплообмен между ними. Это очень важная часть сделанного открытия, ведь в обратном случае наличие перепада температур между двумя элементами входило бы в противоречие со вторым законом термодинамики.

Свою дальнейшую исследователи из Арканзаса планирую вести в двух параллельных направлениях. Первым направлением будет разработка высокоэффективного «электронного энергетического насоса», который сможет поднять очень низкое напряжение, вырабатываемое графеновым элементом, до значения, позволяющего сохранять эту энергию в конденсаторе или даже аккумуляторной батарее. Вторым направлением станет миниатюризации графеновой схемы, а целью этой работы станет возможность размещения на кристалле, размером 1 на 1 миллиметр, миллионов таких схем, которые в целом могут стать чем-то вроде вечной батарейки, постоянно вырабатывающей небольшое количество энергии.

Смотрите также

Мягкий робот сыграл в Super Mario Bros

Мягкий робот сыграл в Super Mario Bros

Команда исследователей из Университета Мэриленда напечатала на 3D-принтере мягкую роботизированную руку, достаточно проворную, чтобы сыграть в Super Mario Bros и победить.

Проект является инновацией в области мягкой робототехники, которая направлена на создание новых типов гибких роботов, работающих с использованием воздуха или воды вместо электричества.Такой тип устройства может применяться в качестве протезов и биомедицинских устройств.

Мягкий робот сыграл в Super Mario Bros

Трехпалый мягкий робот, напечатанный с использованием технологии Stratasys PolyJet

У существующих ранее разработок было сложно контролировать жидкости, которые заставляли их изгибаться и двигаться.

Ключевым достижением команды исследователей Университета Мэриленда стало одновременная печать полностью собранных мягких роботов со встроенными жидкостными цепями.

Раньше каждому пальцу мягкой руки робота требовалась своя собственная линия управления, которая могла ограничивать возможности функционирования. Несколько групп ученых пытались использовать гидравлические контуры для повышения автономности мягких роботов, но методы построения и интеграции таких жидкостных контуров с роботами достаточно сложные и могут занять от нескольких дней до недель, со значительной затратой ручного труда.

Чтобы преодолеть эти препятствия, команда обратилась к «3D-печати PolyJet», которая имеет множество слоев «чернил», уложенных друг на друга в 3D. При этом была одновременно напечатана мягкая роботизированная рука и интегрированные жидкостные переключатели.

Теперь создание полных мягких роботов, включая все мягкие приводы, элементы гидравлического контура и элементы конструкции занимает на 3D-принтере один день.

В качестве демонстрации команда разработала интегрированную жидкостную схему, которая позволяет управлять рукой только с помощью изменения давления. Например, когда не было давления, никакие пальцы не активировались.При низком давлении активировался только первый палец.При среднем давлении активировался средний палец, а при высоком — последний.Запрограммировав различные комбинации давления воздуха для прохождения через руку, команда смогла пересечь Мир 1-1 на контроллере NES и избежать всех Гумба, чтобы в конце концов посадить Марио на флагшток.

Мягкий робот сыграл в Super Mario Bros

Команда исследователей из Университета Мэриленда напечатала на 3D-принтере мягкую роботизированную руку, достаточно проворную, чтобы сыграть в Super Mario Bros и победить.

Проект является инновацией в области мягкой робототехники, которая направлена на создание новых типов гибких роботов, работающих с использованием воздуха или воды вместо электричества.Такой тип устройства может применяться в качестве протезов и биомедицинских устройств.

Мягкий робот сыграл в Super Mario Bros

Трехпалый мягкий робот, напечатанный с использованием технологии Stratasys PolyJet

У существующих ранее разработок было сложно контролировать жидкости, которые заставляли их изгибаться и двигаться.

Ключевым достижением команды исследователей Университета Мэриленда стало одновременная печать полностью собранных мягких роботов со встроенными жидкостными цепями.

Раньше каждому пальцу мягкой руки робота требовалась своя собственная линия управления, которая могла ограничивать возможности функционирования. Несколько групп ученых пытались использовать гидравлические контуры для повышения автономности мягких роботов, но методы построения и интеграции таких жидкостных контуров с роботами достаточно сложные и могут занять от нескольких дней до недель, со значительной затратой ручного труда.

Чтобы преодолеть эти препятствия, команда обратилась к «3D-печати PolyJet», которая имеет множество слоев «чернил», уложенных друг на друга в 3D. При этом была одновременно напечатана мягкая роботизированная рука и интегрированные жидкостные переключатели.

Теперь создание полных мягких роботов, включая все мягкие приводы, элементы гидравлического контура и элементы конструкции занимает на 3D-принтере один день.

В качестве демонстрации команда разработала интегрированную жидкостную схему, которая позволяет управлять рукой только с помощью изменения давления. Например, когда не было давления, никакие пальцы не активировались.При низком давлении активировался только первый палец.При среднем давлении активировался средний палец, а при высоком — последний.Запрограммировав различные комбинации давления воздуха для прохождения через руку, команда смогла пересечь Мир 1-1 на контроллере NES и избежать всех Гумба, чтобы в конце концов посадить Марио на флагшток.

Беспилотник, способный автономно уничтожать дроны, покажут на МАКСе

Беспилотник, способный автономно уничтожать дроны, покажут на МАКСе

АО «Концерн Воздушной Космической Обороны „Алмаз-Антей“» покажет на авиасалоне МАКС-2021 модернизированный беспилотник «Волк-18», способный автоматически сбивать дроны, и другие свои разработки по борьбе с «мини авиацией».

Производитель таких грозных систем по защите неба, как С-400 «Триумф»и С-500 «Прометей» переходит из макро в сферу микро.

Сегодня реалии современных военных конфликтов таковы, что БПЛА, стоящий «копейки», сможет уничтожить или повредить очень дорогостоящую ЗРК, которая может оказаться беззащитной перед малозаметным дроном или чего хуже — целого роя дронов. Как маленькая мышь, которая может убить могучего слона.

Это показали конфликты в Сирии, где ударные мини-беспилотники, а зачастую обычные квадрокоптеры с прикрепленной взрывчаткой, оказывались серьезной угрозой или в Нагорном Карабахе, где БПЛА смогли обходить большие системы ПВО и уничтожать их.

Беспилотник, способный автономно уничтожать дроны, покажут на МАКСе

Беспилотник-перехватчик «Волк-18» на выставке Армия-2019

В феврале этого года в «Алмаз-Антее» сообщали о завершении испытаний модернизированного варианта беспилотника-перехватчика «Волк-18», способного в полностью автоматическом режиме обнаруживать и затем сбивать или таранить дроны противника.

Первая версия «Волка-18» была показана на военно-техническом форуме «Армия» два года назад.

Кроме охотника за дронами крупнейший концерн по производству систем ПВО «Алмаз-Антей» представит на выставке радиолокационно-оптический комплекс обеспечения безопасности объектов и нейтрализации беспилотников ROSC-1, мобильный малогабаритный твердотельный метеорологический радиолокатор «ДМРЛ-3».

Комплекс ROSC-1 предназначен для обеспечения комплексного контроля за воздушной обстановкой для обнаружения и распознавания различных типов воздушных объектов, в том числе малоразмерных и малоскоростных БПЛА.

Беспилотник, способный автономно уничтожать дроны, покажут на МАКСе

Радиолокационно-оптический комплекс обеспечения безопасности ROSC-&raquo на шасси КАМАЗ

Радиолокационно-оптический комплекс обеспечения безопасности «ROSC-1» является системой, включающей в себя несколько компонентов:

  • обзорный трехкоординатный твердотельный радиолокатор Х-диапазона;
  • встроенный блок АЗН-В;
  • оптико-электронную систему (ОЭС);
  • подсистему радиотехнического мониторинга (РТМ);
  • подсистему радиоэлектронного управления (РЭУ).

Беспилотник, способный автономно уничтожать дроны, покажут на МАКСе

АО «Концерн Воздушной Космической Обороны „Алмаз-Антей“» покажет на авиасалоне МАКС-2021 модернизированный беспилотник «Волк-18», способный автоматически сбивать дроны, и другие свои разработки по борьбе с «мини авиацией».

Производитель таких грозных систем по защите неба, как С-400 «Триумф»и С-500 «Прометей» переходит из макро в сферу микро.

Сегодня реалии современных военных конфликтов таковы, что БПЛА, стоящий «копейки», сможет уничтожить или повредить очень дорогостоящую ЗРК, которая может оказаться беззащитной перед малозаметным дроном или чего хуже — целого роя дронов. Как маленькая мышь, которая может убить могучего слона.

Это показали конфликты в Сирии, где ударные мини-беспилотники, а зачастую обычные квадрокоптеры с прикрепленной взрывчаткой, оказывались серьезной угрозой или в Нагорном Карабахе, где БПЛА смогли обходить большие системы ПВО и уничтожать их.

Беспилотник, способный автономно уничтожать дроны, покажут на МАКСе

Беспилотник-перехватчик «Волк-18» на выставке Армия-2019

В феврале этого года в «Алмаз-Антее» сообщали о завершении испытаний модернизированного варианта беспилотника-перехватчика «Волк-18», способного в полностью автоматическом режиме обнаруживать и затем сбивать или таранить дроны противника.

Первая версия «Волка-18» была показана на военно-техническом форуме «Армия» два года назад.

Кроме охотника за дронами крупнейший концерн по производству систем ПВО «Алмаз-Антей» представит на выставке радиолокационно-оптический комплекс обеспечения безопасности объектов и нейтрализации беспилотников ROSC-1, мобильный малогабаритный твердотельный метеорологический радиолокатор «ДМРЛ-3».

Комплекс ROSC-1 предназначен для обеспечения комплексного контроля за воздушной обстановкой для обнаружения и распознавания различных типов воздушных объектов, в том числе малоразмерных и малоскоростных БПЛА.

Беспилотник, способный автономно уничтожать дроны, покажут на МАКСе

Радиолокационно-оптический комплекс обеспечения безопасности ROSC-&raquo на шасси КАМАЗ

Радиолокационно-оптический комплекс обеспечения безопасности «ROSC-1» является системой, включающей в себя несколько компонентов:

  • обзорный трехкоординатный твердотельный радиолокатор Х-диапазона;
  • встроенный блок АЗН-В;
  • оптико-электронную систему (ОЭС);
  • подсистему радиотехнического мониторинга (РТМ);
  • подсистему радиоэлектронного управления (РЭУ).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *