`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

BEST CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Проект ЕС по разработке масштабируемых кремниевых кубитов

Институт фотонных микросистем IPMS им. Фраунгофера вместе с европейскими партнерами разрабатывает масштабируемую технологию кремниевых кубитов для квантовых компьютеров. В рамках проекта QLSI - «Квантовая крупномасштабная интеграция с кремнием» - в течение четырех лет будет разработан 16-кубитный чип, который заложит основу для промышленного внедрения полупроводниковых квантовых процессоров. ЕС финансирует проект на общую сумму 14,6 миллиона евро.

Fraunhofer IPMS является частью недавно запущенного европейского проекта QLSI (Quantum Large-Scale Integration with Silicon), который направлен на разработку масштабируемой технологии кремниевых кубитов для квантовых вычислений. Кремниевыми кубитами можно быстро манипулировать и считывать, и они идеально подходят для квантовых вычислений из-за своего небольшого размера, высокой точности и совместимости с промышленными производственными процессами. Кремниевые кубиты в прошлом успешно демонстрировались много раз. В настоящее время проект сосредоточен на демонстрации 16-кубитного чипа и разработке масштабируемой технологии для промышленного внедрения.

В рамках четырехлетнего проекта работает консорциум из 19 партнеров, обладающих дополнительными знаниями. Центр нанэлектронных технологий Фраунгофера IPMS предоставляет чистую комнату площадью 4000 м² и обладает своим опытом в производстве современных промышленных КМОП на стандартных пластинах 300 мм.

«Мы намерены использовать наши ноу-хау и инфраструктуру для создания высокомасштабируемых квантовых процессоров, основанных на достижениях и преимуществах производства полупроводников на основе кремния. Это касается, например, производственных процессов для создания нанопаттернов, а также разработки материалов и электрических манипуляций. В тесном сотрудничестве с Infineon Dresden, RWTH Aachen и FZ Jülich мы намерены продемонстрировать производимую и масштабируемую технологию кубитов на уровне КМОП-совместимых пластин", - объясняет д-р Бенджамин Улиг (Benjamin Uhlig), менеджер подразделения вычислений нового поколения в Fraunhofer IPMS.

Этот проект является недавним дополнением к программе ЕС Quantum Flagship, 10-летней инициативе НИОКР, запущенной в 2018 году. Общая цель состоит в том, чтобы консолидировать и расширить европейское научное лидерство и передовой опыт в области квантовых вычислений, чтобы дать толчок конкурентоспособной европейской отрасли в квантовых технологиях и сделать Европу динамичным и привлекательным регионом для инновационных исследований, бизнеса и инвестиций в этой области.

Проект ЕС по разработке масштабируемых кремниевых кубитов

Четырехлетний проект по созданию основы для промышленного внедрения полупроводниковых квантовых процессоров

Концепция нового носителя информации

Физики из Швейцарии, Германии и Украины предложили новый инновационный носитель данных. Метод основан на специфических свойствах антиферромагнитных материалов, ранее не подвергавшихся экспериментальному исследованию.

Используя наноразмерные квантовые датчики, международная исследовательская группа смогла изучить некоторые ранее неизвестные физические свойства антиферромагнитного материала. Основываясь на своих результатах, исследователи разработали концепцию нового носителя данных, опубликованную в журнале Nature Physics. Проект координировали исследователи из Департамента физики и Швейцарского института нанонаук Базельского университета.

Антиферромагнетики составляют 90% всех магнитоупорядоченных материалов. В отличие от ферромагнетиков, таких как железо, в которых магнитные моменты атомов ориентированы параллельно друг другу, ориентация магнитных моментов в антиферромагнетиках чередуется между соседними атомами. В результате компенсации переменных магнитных моментов антиферромагнитные материалы оказываются немагнитными и не создают внешнее магнитное поле.

Антиферромагнетики открывают большие перспективы для интересных приложений в обработке данных, поскольку ориентация их магнитного момента - в отличие от ферромагнетиков, используемых в обычных носителях данных - не может быть случайно перезаписана магнитными полями. В последние годы этот потенциал породил многообещающую область исследований антиферромагнитной спинтроники, которая находится в центре внимания многочисленных исследовательских групп по всему миру.

В сотрудничестве с исследовательскими группами под руководством д-ра Дениса Макарова (Helmholtz-Zentrum в Дрездене, Германия) и проф. Дениса Шеки (Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Украина) группа под руководством проф. Патрика Малетинского (Patrick Maletinsky) в Базеле исследовала монокристалл оксида хрома (III) (Cr2O3). Этот монокристалл представляет собой почти идеально упорядоченную систему, в которой атомы расположены в регулярной кристаллической решетке с очень небольшим количеством дефектов. «Мы можем изменить монокристалл таким образом, чтобы создать две области, в которых антиферромагнитный порядок имеет разную ориентацию», - объясняет Наташа Хедрич (Natascha Hedrich), ведущий автор исследования.

Эти две области разделены доменной стенкой. К настоящему времени экспериментальные исследования доменных границ такого типа в антиферромагнетиках удавались лишь в единичных случаях и с ограниченными деталями. «Благодаря высокой чувствительности и отличному разрешению наших квантовых датчиков мы смогли экспериментально продемонстрировать, что доменная стенка демонстрирует поведение, подобное поведению мыльного пузыря», - объясняет проф. Малетинский. Подобно мыльному пузырю, доменная стенка эластична и имеет тенденцию минимизировать свою поверхностную энергию. Соответственно, ее траектория отражает антиферромагнитные свойства кристалла и может быть предсказана с высокой степенью точности, что подтверждается моделированием, проведенным исследователями в Дрездене.

Исследователи используют этот факт для управления траекторией доменной стенки в процессе, который содержит ключ к предлагаемому новому носителю информации. С этой целью команда проф. Малетинского выборочно структурирует поверхность кристалла в наномасштабе, оставляя крошечные выпуклые квадраты. Эти квадраты затем контролируемым образом изменяют траекторию доменной стенки в кристалле.

Исследователи могут использовать ориентацию выпуклых квадратов, чтобы направить доменную стенку в одну или другую сторону квадрата. Это фундаментальный принцип, лежащий в основе новой концепции хранения данных: если доменная стенка проходит «справа» от выпуклого квадрата, это может представлять значение 1, тогда как наличие доменной стенки «слева» может представлять значение 0. За счет локального нагрева лазером траекторию доменной стенки можно многократно изменять, делая носитель данных многоразовым.

«Затем мы планируем посмотреть, можно ли перемещать доменные стенки с помощью электрических полей, - объясняет проф. Малетинский. - Это сделало бы антиферромагнетики подходящими в качестве носителя информации, который работает быстрее, чем обычные ферромагнитные системы, но при этом потребляет значительно меньше энергии».
Видео: https://www.youtube.com/watch?v=H8mP-wQo5bs&feature=emb_logo

Концепция нового носителя информации

В антиферромагнитном монокристалле созданы области с разной ориентацией антиферромагнитного порядка (синяя и красная области), разделенные доменной стенкой. Их ходом можно управлять, структурируя поверхность. Это основа для новой концепции носителя информации

Робот, которому не нужна электроника

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего создали четвероногого мягкого робота, для работы которого не нужна электроника. Роботу нужен только постоянный источник сжатого воздуха для всех его функций, включая управление и системы передвижения.

Команда, возглавляемая Майклом Т. Толли (Michael T. Tolley), профессором машиностроения из инженерной школы Джейкобса в Калифорнийском университете в Сан-Диего, подробно описывает свои выводы в выпуске журнала Science Robotics от 17 февраля 2021 года.

«Эта работа представляет собой фундаментальный шаг на пути к полностью автономным шагающим роботам без электроники», - сказал Дилан Дротман (Dylan Drotman), доктор философии, студент исследовательской группы Толли и первый автор статьи.

Приложения включают недорогую робототехнику для развлечений, такую как игрушки, и роботы, которые могут работать в средах, где электроника не может использоваться, например, в аппаратах МРТ или шахтах. Мягкие роботы представляют особый интерес, потому что они легко адаптируются к окружающей среде и безопасно работают рядом с людьми.

Большинство мягких роботов работают от сжатого воздуха и управляются электронными схемами. Но для этого подхода требуются сложные компоненты, такие как печатные платы, клапаны и насосы - часто за пределами тела робота. Эти компоненты, составляющие мозг и нервную систему робота, обычно громоздки и дороги. В отличие от этого, робот Калифорнийского университета в Сан-Диего управляется легкой и недорогой системой пневматических контуров, состоящих из трубок и мягких клапанов, установленных на борту самого робота. Робот может ходить по команде или в ответ на сигналы, которые он воспринимает из окружающей среды.

«С нашим подходом вы можете создать очень сложный роботизированный мозг, - сказал Толли, старший автор исследования. - Мы сосредоточились здесь на создании простейшей пневматической нервной системы, необходимой для управления ходьбой».

Вычислительная мощность робота примерно имитирует рефлексы млекопитающих, которые управляются нервной реакцией позвоночника, а не мозга. Команда была вдохновлена нейронными цепями, обнаруженными у животных, называемыми генераторами центральных паттернов, состоящими из очень простых элементов, которые могут генерировать ритмические паттерны для управления движениями, такими как ходьба и бег.

Чтобы имитировать функции генератора, инженеры построили систему клапанов, которые действуют как осцилляторы, контролируя порядок, в котором сжатый воздух входит в мускулы четырех конечностей робота с пневматическим приводом. Исследователи создали инновационный компонент, который координирует походку робота, задерживая нагнетание воздуха в ноги робота.

Робот также оснащен простыми механическими датчиками - маленькими мягкими пузырьками, наполненными жидкостью, расположенными на концах стрел, выступающих из тела робота.
Когда пузырьки опускаются, жидкость переворачивает клапан робота, заставляя его менять направление.

Робот оснащен тремя клапанами, действующими как инверторы, которые вызывают распространение состояния высокого давления по цепи с пневматическим приводом с задержкой на каждом инверторе.

Каждая из четырех ног робота имеет три степени свободы, приводимые в движение тремя мускулами. Стойки наклонены вниз под углом 45 градусов и состоят из трех параллельно соединенных пневматических цилиндрических камер с сильфонами. Когда камера находится под давлением, конечность изгибается в противоположном направлении. В результате три камеры каждой конечности обеспечивают многоосевой изгиб, необходимый для ходьбы. Исследователи соединили камеры на каждой ноге по диагонали друг от друга, что упростило задачу контроля.

Мягкий клапан переключает направление вращения конечностей против часовой стрелки и по часовой стрелке. Этот клапан действует как так называемый двухполюсный двухпозиционный переключатель с защелкой - переключатель с двумя входами и четырьмя выходами, поэтому каждый вход имеет два соответствующих выхода, к которым он подключен. Этот механизм немного похож на использование двух нервов и обмен их связями в мозге.

В будущем исследователи хотят улучшить походку робота, чтобы он мог ходить по естественной местности и неровным поверхностям. Это позволит роботу преодолевать множество препятствий. Это потребует более сложной сети датчиков и, как следствие, более сложной пневматической системы.

Команда также рассмотрит, как эту технологию можно использовать для создания роботов, которые частично управляются пневматическими цепями для некоторых функций, таких как ходьба, в то время как традиционные электронные схемы выполняют более высокие функции.
Видео: https://www.youtube.com/watch?v=X5caSAb4kz0&feature=emb_logo

Робот, которому не нужна электроника

Процесс ходьбы робота приводится в действие серией клапанов

Более пристальный взгляд внутрь полупроводников

Изображения предоставляют информацию - то, что мы можем наблюдать собственными глазами, позволяет нам это понять. Постоянное расширение поля восприятия до измерений, изначально скрытых от невооруженного глаза, продвигает науку вперед. Сегодня все более мощные микроскопы позволяют нам заглядывать в клетки и ткани живых организмов, в мир микроорганизмов, а также в неодушевленную природу. Но даже у лучших микроскопов есть свои пределы. «Чтобы иметь возможность наблюдать структуры и процессы вплоть до наномасштабного уровня и ниже, нам нужны новые методы и технологии», - говорит д-р Сильвио Фуш (Silvio Fuchs) из Института оптики и квантовой электроники Йенского университета. Это, в частности, относится к технологическим областям, таким как исследование материалов или обработка данных. «В наши дни электронные компоненты, компьютерные микросхемы или схемы становятся все мельче», - добавляет Фуш. Вместе с коллегами он разработал метод, позволяющий отображать и изучать такие крошечные сложные структуры и даже «заглядывать внутрь», не разрушая их. В выпуске научного журнала Optica исследователи представили свой метод - когерентную томографию с экстремальным ультрафиолетовым светом (сокращенно XCT) - и демонстрируют его потенциал в исследованиях и применении.

Процедура визуализации основана на оптической когерентной томографии (ОКТ), которая использовалась в офтальмологии в течение ряда лет, - объясняет докторант Феликс Визнер (Felix Wiesner), ведущий автор исследования. «Эти устройства были разработаны для неинвазивного исследования сетчатки глаза, слой за слоем, для создания трехмерных изображений». В офтальмологии OКT использует инфракрасный свет для освещения сетчатки. Излучение подбирается таким образом, чтобы исследуемая ткань не слишком сильно его поглощала и могла отражаться от внутренних структур. Однако физики в Йене используют ультракоротковолновый ультрафиолетовый свет вместо длинноволнового инфракрасного для своих ОКТ. «Это связано с размером структур, которые мы хотим отобразить», - говорит Феликс Визнер. Чтобы изучить полупроводниковые материалы с размером структуры всего несколько нанометров, необходим свет с длиной волны всего несколько нанометров.

Генерация такого ультракоротковолнового ультрафиолетового света (XUV) раньше была сложной задачей и была возможна только в крупномасштабных исследовательских центрах. Физики Йены, однако, генерируют широкополосный XUV в обычной лаборатории и используют для этой цели так называемые высокие гармоники. Это излучение, которое создается взаимодействием лазерного света со средой, и его частота во много раз превышает частоту исходного света. Чем выше порядок гармоник, тем короче результирующая длина волны. «Таким образом, мы генерируем свет с длиной волны от 10 до 80 нанометров с помощью инфракрасных лазеров, - объясняет Герхард Паулюс (Gerhard Paulus), профессор нелинейной оптики в Йенском университете. - Как и облучаемый лазерным светом, полученный широкополосный XUV-свет также является когерентным, что означает, что он имеет свойства, подобные лазеру».

В работе, описанной в их текущей статье, физики подвергли структуры наноскопических слоев в кремнии когерентному XUV-излучению и проанализировали отраженный свет. Образцы кремния содержали тонкие слои других металлов, таких как титан или серебро, на разной глубине. Поскольку эти материалы имеют отражательные свойства, отличные от кремния, их можно обнаружить в отраженном излучении. Этот метод настолько точен, что не только может быть отображена глубинная структура крошечных образцов с нанометровой точностью, но из-за различного отражательного поведения и химический состав образцов также может быть определен точно и, прежде всего, в неразрушающим способом. «Это делает когерентную томографию интересным приложением для проверки полупроводников, солнечных элементов или многослойных оптических компонентов», - говорит Паулюс. Его можно использовать для контроля качества в процессе производства таких наноматериалов, для обнаружения внутренних дефектов или химических примесей.

Более пристальный взгляд внутрь полупроводников

Исследовательская группа разрабатывает метод визуализации с высоким разрешением, который можно использовать для исследования материалов неразрушающим способом и с нанометровой точностью

Квантовая телепортация соединяет атомные кубиты в двух лабораториях

Исследователи из Германии выполнили телепортацию с помощью квантового шлюза между двумя квантовыми битами (кубитами) в разных лабораториях. Это знаменует собой шаг к распределенной квантовой логике, с помощью которой разработчики систем могут создавать модульные квантовые компьютеры, распределяя кубиты между различными устройствами, позволяя им вести себя как один компьютер. Распределенные системы будут избегать перекрестных помех между кубитами, которые ухудшает квантовые вычисления.

Добавление кубитов к квантовому компьютеру намного сложнее, чем добавление битов к классическому, поскольку каждый кубит (который может быть захваченным ионом, сверхпроводящей цепью, азотно-вакансионным центром алмаза или многими другими физическими проявлениями квантового состояния) должен быть способен подвергаться необходимым логическим взаимодействиям, будучи при этом защищенным от шума, который может уничтожить квантовую информацию.

Существенным источником шума является взаимодействие между несколькими кубитами: «Допустим, есть три или четыре кубита в одном устройстве, и вы хотите создать границу между двумя из них, - объясняет Северин Дайсс (Severin Daiss) из Института квантовой оптики Макса Планка в Гархинге. - Поскольку все они находятся в одном устройстве, вы все равно можете иметь перекрестные помехи между этими двумя кубитами и другими кубитами, которые не должны участвовать в расчетах». Чем больше кубитов добавлено в одно устройство, тем серьезнее становится проблема перекрестных помех. Другими факторами, вызывающими проблемы на конкретных платформах, являются сложность обращения к конкретным кубитам в больших регистрах, ограниченное пространство и проблемы с отводом тепла от больших криогенных образцов.

Один из возможных способов масштабирования квантового компьютера без увеличения сопутствующих проблем - это распределение кубитов между несколькими устройствами. Однако для этого потребуется интегрировать квантовые логические операции, выполняемые на каждом устройстве: «Если вы просто вычисляете один результат с одним модулем и отправляете состояние другому модулю, вы все равно не увеличиваете вычислительное пространство, которое у вас есть», - объясняет Дайсс. Таким образом, «телепортация квантовых шлюзов» - создание квантовых ворот, выход которых зависит от состояния входных шлюзов в другом месте - стала активной областью исследований.

В новом исследовании Дайсс и его коллеги во главе с Герхардом Ремпе (Gerhard Rempe) представляют радикально другой, более простой в концептуальном плане шлюз, основанный на взаимодействии одного фотона с модулями в двух разных лабораториях. В каждой лаборатории они устанавливают оптический резонатор, содержащий один атом рубидия, и связывают две системы с помощью оптического волокна диаметром 60 мкм. Чтобы реализовать шлюз, они отправляют фотон в виде «летающего кубита» по волокну и последовательно отражают его от двух полостей, тем самым запутывая его поляризацию с энергетическими уровнями рубидия. Затем измерение фотона комбинируется с условной обратной связью по кубиту для реализации ворот CNOT - одного из ключевых компонентов квантовой логики.

Протокол создает «объявленные» квантовые шлюзы, в которых обнаружение фотона сигнализирует об успешной работе шлюза. В будущем это может оказаться решающим для создания надежного квантового компьютера, поскольку такое подтверждение того, что каждый последующий шлюз работал, важно, если несколько шлюзов соединены последовательно. Другие платформы теоретически могли бы создавать квантовые шлюзы, используя протокол исследователей, говорит Дайсс, если бы кубит мог быть достаточно прочно связан с полостью или резонатором. Например, это уже было достигнуто с помощью захваченных ионов или сверхпроводящих кубитов.

В будущем, говорит Дайсс, следующим шагом будет соединение модулей, содержащих более одного кубита, и производство компьютеров с более чем одним модулем: «Мы могли бы пойти в любом направлении, и оба направления выиграют от работы, которую мы делаем в данный момент», - заключает он. 

Квантовая телепортация соединяет атомные кубиты в двух лабораториях

Высокомощные FEM для сверхбыстрых приложений Wi-Fi 6E

Skyworks представила два новых интерфейсных модуля (Front-End Modules, FEM) для мощных сетевых приложений Wi-Fi 6E, включая внутренние и внешние сети и беспроводную потоковую передачу видео.

SKY85784-11 имеет чрезвычайно низкий порог EVM и одновременно обеспечивает сверхвысокую линейную выходную мощность, которая может соответствовать нормативным пределам, что улучшает общее покрытие диапазона. Компания утверждает,что SKY85780-11, высокопроизводительный FEM, является единственным продуктом на рынке, который максимально увеличивает расстояние и пропускную способность в пределах максимального предела выходной мощности FCC.

Оба высокоинтегрированных FEM включают в себя однополюсный двухпозиционный (SPDT) переключатель передачи / приема (T / R), малошумящий усилитель с высоким коэффициентом усиления (LNA) с байпасом и PA, предназначенный для мощных Wi- Приложения и системы Fi 6E. Устройство представлено в компактном 24-контактном корпусе размером 3 x 5 мм, который позволяет уменьшить пространство на плате внешнего интерфейса более чем на 50 процентов.

Недавно Skyworks объявила, что ее высокопроизводительные интерфейсные модули Wi-Fi 6E были разработаны в качестве первого сверхбыстрого игрового маршрутизатора Wi-Fi 6E от ASUS. Используя недавно выделенный FCC расширенный диапазон 6 ~ 7 ГГц для удвоения пропускной способности традиционного Wi-Fi, стандарт Wi-Fi 6E обеспечивает более быстрое подключение и поддерживает увеличенное количество подключенных пользователей, удовлетворяя беспрецедентный спрос на расширенные видеоконференции, онлайн-игры, потоковое телевидение, AR / VR, камеры домашней безопасности и онлайн-приложения для упражнений. Компания ASUS, являющаяся признанным лидером на рынке сетевых технологий, первой представила увеличенную и широкую полосу пропускания 160 МГц для каналов Wi-Fi 6E с игровым маршрутизатором ROG Rapture GT-AXE11000.

В отчете ABI Research ожидается, что к 2025 году будет поставлено 1,4 миллиарда наборов микросхем Wi-Fi 6E, а также отмечается, что добавление диапазона 6 ГГц происходит в критический момент, поскольку домашняя связь Wi-Fi сталкивается с повышенным спросом на данные, о чем сообщают операторы по всему миру. резкий скачок трафика Wi-Fi. Добавление диапазона 6 ГГц поможет обеспечить более быстрый Wi-Fi с меньшими помехами, гарантируя, что это увеличенное использование домашнего Wi-Fi может поддерживаться с высококачественной связью.

Продукты Wi-Fi 6E от Skyworks ускоряют вывод на рынок за счет включения всех необходимых функций для обеспечения максимально допустимой производительности и содержат логарифмический детектор мощности для поддержки широкого динамического диапазона, низкого энергопотребления и улучшенного управления температурным режимом. Наши беспроводные продукты Wi-Fi 6E обеспечивают более высокую скорость загрузки и выгрузки, а также расширенное покрытие, высоконадежную связь в зонах с плотным трафиком и повышенную энергоэффективность.

ROG Rapture GT-AXE11000 поддерживает три одновременных рабочих диапазона частот и возможность подключения 802.11ax Wi-Fi 6E, поддерживает скорость до 11 гигабит в секунду и поддерживает агрегирование WAN для проводного подключения до 2 гигабит в секунду. С 4x4 Wi-Fi 6 и портом проводной локальной сети 2,5 гигабит в секунду как проводные, так и беспроводные сети могут достигать устойчивой скорости более 1 гигабит в секунду, обеспечивая настоящую мультигигабитную производительность. GT-AXE11000 воплощает в жизнь лучший в отрасли дизайн и использует новейшие интерфейсные модули Skyworks с полосой пропускания 6 ГГц для максимального увеличения радиочастотных характеристик в отношении покрытия сигнала, качества и энергоэффективности.

«В этом году люди проводят больше времени, чем когда-либо дома, работая, учась и играя, и для геймеров это также означало поиск новейшего и лучшего оборудования для повышения уровня своей игры», - сказал Тен-Лонг Дэн, корпоративный вице-президент компании ASUS. «Использование огромного опыта Skyworks в разработке передовых технологий позволило нам воплотить в жизнь настоящую мультигигабитную производительность для тех, кто хочет получить преимущество при обновлении игрового процесса с новым ASUS ROG Rapture GT-AXE11000».

Высокомощные FEM для сверхбыстрых приложений Wi-Fi 6E

Высокопроизводительные интерфейсные модули от Skyworks были разработаны в первом сверхбыстром игровом маршрутизаторе Wi-Fi 6E от ASUS

Новое носимое устройство превращает тело в батарею

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере разработали новое недорогое носимое устройство, которое превращает человеческое тело в биологическую батарею.

Устройство достаточно эластично, поэтому его можно носить как кольцо, браслет или любой другой аксессуар, который касается вашей кожи. Оно использует естественное тепло человека для преобразования его в электричество.

«В будущем мы хотим иметь возможность питать носимую электронику без необходимости включать батарею», - сказал Цзянлян Сяо (Jianliang Xiao), старший автор новой статьи и доцент кафедры машиностроения Пола М. Рэди в CU Boulder.

Устройства могут генерировать около 1 В на каждый квадратный сантиметр кожного пространства, достаточного для питания электроники, такой как часы или фитнес-трекеры.

Ученые ранее экспериментировали с аналогичными термоэлектрическими носимыми устройствами, но устройство доц. Сяо эластично, может самовосстанавливаться при повреждении и полностью перерабатывается, что делает его более чистой альтернативой традиционной электронике.

Этот проект - не первая попытка Сяо объединить человека с роботом. Он и его коллеги ранее экспериментировали с разработкой «электронной кожи», носимых устройств, которые выглядят и ведут себя так же, как настоящая человеческая кожа. Однако до нынешнего момента для работы этот эпидермис андроида должен быть подключен к внешнему источнику питания.

Последняя инновация группы начинается с основы, сделанной из эластичного материала под названием полиимин. Затем ученые вставляют серию тонких термоэлектрических чипов в эту основу, соединяя их все жидкими металлическими проводами. Конечный продукт выглядит как нечто среднее между пластиковым браслетом и миниатюрной материнской платой компьютера или, возможно, модным бриллиантовым кольцом.

«Наша конструкция делает всю систему растягиваемой, не вызывая больших нагрузок на термоэлектрический материал, который может быть очень хрупким. Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом и могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду», - сказал доц. Сяо.

Эту мощность можно легко увеличить, добавив больше блоков генераторов.
Сяо и его коллеги подсчитали, например, что человек, совершающий быструю прогулку, может использовать устройство размером с обычный спортивный браслет, чтобы генерировать около 5 вольт электричества - это больше, чем могут предоставить батарейки для многих часов.

Как и электронная кожа Сяо, новые устройства устойчивы как биологическая ткань. Например, если ваше устройство порвется, вы можете сжать оторванные концы вместе, и они снова соединятся всего за несколько минут. А когда вы закончите работу с устройством, его можно окунуть его в специальный раствор, который отделит электронные компоненты и растворит полииминовую основу - каждый из этих ингредиентов можно будет использовать повторно.

«Мы стараемся сделать наши устройства как можно более дешевыми и надежными, а также максимально снизить воздействие на окружающую среду», - сказал доц. Сяо.

Он считает, что устройства его группы могут появиться на рынке через пять-десять лет.

Новое носимое устройство превращает тело в батарею



Термоэлектрическое носимое устройство в виде кольца

Ученые создают новый фотонный чип

Исследователи из Университета Джорджа Вашингтона (GW) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали и впервые продемонстрировали фотонный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), не выходящий за пределы оптической области. Такие новые преобразователи могут продвигать оборудование для обработки данных следующего поколения, имеющее большое значение для центров обработки данных, сетей 6G, искусственного интеллекта и многого другого.

Существующие оптические сети, через которые передается большая часть мировых данных, а также многие датчики, требуют цифро-аналогового преобразования, которое синергетически связывает цифровые системы с аналоговыми компонентами.

Используя платформу кремниевого фотонного чипа, Фолькер Дж. Соргер (Volker J. Sorger), доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в GW, и его коллеги создали цифро-аналоговый преобразователь, который не требует преобразования сигнала в электрическую область, таким образом демонстрируя потенциал удовлетворить потребность в высоких возможностях обработки при работе с оптическими данными, взаимодействуя с цифровыми системами и работая в компактном корпусе, с короткой задержкой сигнала и низким энергопотреблением.

«Мы нашли способ гладко преодолеть разрыв, существующий между этими двумя мирами, аналоговым и цифровым, - сказал Соргер. - Это устройство является важной ступенькой для создания оборудования для обработки данных следующего поколения».

Ученые создают новый фотонный чип

ЦАП устраняет разрыв между Интернетом и электронным оборудованием

За пределами 5G

Ученые из Токийского технологического института (Tokyo Tech) и NTT Corporation (NTT) разрабатывают новый приемопередатчик на основе КМОП для беспроводной связи в диапазоне 300 ГГц, позволяющий в будущем использовать приложения, выходящие за рамки 5G. Их конструкция решает проблемы использования КМОП-технологии на ее практическом уровне и представляет собой первую широкополосную КМОП-систему с фазированной решеткой, работающую на таких повышенных частотах.

Связь на более высоких частотах - это постоянно востребованная цель в электронике из-за более высоких скоростей передачи данных, которые были бы возможны, и для использования преимуществ недостаточно используемых частей электромагнитного спектра. Многие приложения, выходящие за рамки 5G, а также стандарт IEEE 802.15.3d для беспроводной связи, требуют передатчиков и приемников, способных работать на частотах около 300 ГГц или выше.

К сожалению, надежная технология КМОП не совсем подходит для таких повышенных частот. Вблизи 300 ГГц усиление значительно затрудняется. Хотя было предложено несколько приемопередатчиков на основе КМОП для диапазона 300 ГГц, им либо не хватает выходной мощности и они могут работать только в условиях прямой видимости, либо для реализации требуется большая площадь схемы.

Для решения этих проблем группа ученых из Tokyo Tech в сотрудничестве с NTT предложила инновационный дизайн приемопередатчика на основе КМОП 300 ГГц.

Одна из ключевых особенностей предлагаемой конструкции - ее двунаправленность: большая часть схемы, включая смеситель, антенны и гетеродин, используется совместно приемником и передатчиком. Это означает, что общая сложность схемы и общая требуемая площадь схемы намного ниже, чем в однонаправленных реализациях.

Еще один важный аспект - использование четырех антенн в конфигурации с фазированной решеткой. В существующих решениях для КМОП-передатчиков 300 ГГц используется один излучающий элемент, который ограничивает усиление антенны и выходную мощность системы. Дополнительным преимуществом является возможность формирования диаграммы направленности фазированных решеток, которая позволяет устройству регулировать относительные фазы сигналов антенны для создания комбинированной диаграммы направленности с настраиваемой направленностью. Используемые антенны представляют собой штабелированные «антенны Вивальди», которые можно выгравировать непосредственно на печатных платах, что упрощает их изготовление.

В предлагаемом трансивере используется смеситель на субгармониках, который совместим с двунаправленным режимом работы и требует гетеродина со сравнительно более низкой частотой. Однако этот тип микширования приводит к низкой выходной мощности, что побудило команду прибегнуть к старой, но функциональной технике для ее повышения.

Весь трансивер был размещен на площади всего 4,17 мм2. Он достиг максимальной скорости передачи 26 Гбод и приема 18 Гбод, что превосходит большинство современных решений. Это исследование поможет выжать больше из технологии КМОП для будущих приложений беспроводной связи.

За пределами 5G

Микрофотография микросхемы приемопередатчика с фазированной решеткой диапазона 300 ГГц

Фотоника для ИИ и нейроморфных вычислений

Ученые по-новому взглянули на следующие шаги по разработке быстрых, энергоэффективных вычислительных систем будущего, которые используют свет вместо электронов для обработки и хранения информации, включая аппаратное обеспечение, созданное непосредственно на основе работы человеческого мозга.

Группа ученых, включая профессора С. Дэвида Райта (C. David Wright) из Университета Эксетера, исследовала будущий потенциал компьютерных систем, использующих фотонику вместо традиционной электроники.

Исследование фокусируется на потенциальных решениях одной из самых насущных компьютерных проблем в мире - как разработать вычислительные технологии для быстрой и энергоэффективной обработки этих данных.

Современные компьютеры основаны на архитектуре фон Неймана, в которой быстрый центральный процессор (ЦП) физически отделен от гораздо более медленной памяти программ и данных.

Это означает, что скорость вычислений ограничена, а мощность тратится впустую из-за необходимости непрерывной передачи данных в память и процессор и из них через ограниченные по полосе пропускания и энергонеэффективные электрические межсоединения, известные как узкое место фон Неймана.

В результате было подсчитано, что более 50% мощности современных вычислительных систем тратится впустую просто на перемещение данных.

Профессор С. Дэвид Райт с инженерного факультета Университета Эксетера и один из соавторов исследования объясняет: «Очевидно, что необходим новый подход - такой, который может объединить основные задачи обработки информации - вычисления и память, тот, который может напрямую включать в аппаратные средства
способность учиться, адаптироваться и развиваться, и тот, который устраняет энергозатратные и ограничивающие скорость электрические соединения».

Фотонные нейроморфные вычисления - один из таких подходов. Здесь сигналы передаются и обрабатываются с использованием света, а не электронов, что дает доступ к гораздо большей полосе пропускания (скорости процессора) и значительно снижает потери энергии.

Более того, исследователи пытаются сделать само вычислительное оборудование изоморфным с биологической системой обработки (мозгом), разрабатывая устройства, которые напрямую имитируют основные функции нейронов мозга и синапсов, а затем соединяют их вместе в сети, которые могут предложить быструю, параллельную, адаптивную обработку для приложений ИИ и машинного обучения.

Фотоника для ИИ и нейроморфных вычислений

Концептуальный план будущего фотонного нейроморфного компьютера

 
 

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT