Журнал «Компьютерра» № 33 от 11 сентября 2007 года - Компьютерра

Технология IBM в первую очередь может пригодиться для быстрого и дешевого «распечатывания» микроэлектронных устройств, если нанокраска будет обладать свойствами проводника или полупроводника. Прогоняя «лист» над разными печатными формами, можно создавать многослойные электронные структуры.

В настоящее время уже есть ряд технологий печати, использующих проводящие чернила. Однако они годятся лишь для создания относительно грубых изображений или структур. Получению же нанокартинок подобными способами препятствует трудность контроля формы изображения (из-за проявления капиллярных эффектов, неоднородностей вязкости чернил и пр.). В разработке швейцарцев «чернила» – это почти исключительно наночастицы, которые в принципе могут самопроизвольно располагаться упорядоченно, образуя некое подобие решетки. Возможность жесткого контроля формы изображения позволяет создавать более мелкие элементы. Таким образом, полезным свойством новой «краски» может быть не только проводимость.

Вполне вероятно, что метод Крауса найдет применение и в технологии микропечати для архивирования ценных данных в "независящем от формата записи" виде, то есть напечатанных на специальном носителе текстов и изображений наноразмерного масштаба. Сходные по назначению методы предлагались уже не раз, однако именно разработка швейцарских ученых ближе всего подошла к давно отлаженным и знакомым технологиям печати. ЕГ

Сердечная тяга

Наверное, многим знакомы истории о том, как в медицине будущего нанороботы странствуют по человеческому организму, уничтожая дефектные клетки и болезнетворных бактерий, латают прохудившиеся стенки сосудов и пробивают тромбы. Пока это, конечно, фантастика, однако корейские ученые уже сделали заметный шаг навстречу светлому будущему.

Исследовательская группа из Национального университета Чоннам создала микроробота, способного длительное время функционировать внутри человеческого организма. Хотя роботом это устройство можно назвать с большой натяжкой. Оно представляет собой параллелепипед с шестью «конечностями» (три коротких, по 400 мкм, и три длинных, по 1200 мкм). Вся конструкция сделана из эластичного кремнийорганического полимера – полидиметилсилоксана, который отличается хорошей биосовместимостью. Главной особенностью робота является его «двигатель», в качестве которого выступает группа клеток ткани сердца (кардиомиоцитов) крысы. Синхронно сокращаясь, эти клетки приводят в движение конечности робота, заставляя его плыть в выбранном направлении. Клетки "сердечного мотора" черпают энергию прямо из "окружающей среды", питаясь глюкозой. Никаких дополнительных систем управления робот не имеет. Средняя скорость его движения в организме, по замерам корейцев, составляет 100 мкм/с.

Такие роботы, говорят разработчики, могут использоваться для уничтожения тромбов в артериях. Аппарат способен нести полезную нагрузку в виде рассасывающего препарата, который он выпустит, добравшись до тромба. ЕГ

Атомы и молекулы IBM

Новые важные результаты в области перспективных компьютерных технологий масштаба отдельных атомов и молекул недавно получены в исследовательских центрах корпорации IBM. И хотя эти достижения еще слишком далеки от практических приложений, возможно, именно они будут определять направления дальнейших исследований и разработок на годы вперед.

В Альмаденском центре в Калифорнии впервые удалось измерить ориентацию и силу магнитного поля атома железа или марганца, который помещали на тонкую подложку из нитрида меди. Этот результат демонстрирует, что один бит информации, по крайне мере в принципе, можно хранить с помощью одного-единственного атома магнитного вещества. Однако этот магнитный атом с ненулевым спином должен быть окружен определенным набором немагнитных атомов, а его намагниченность удается сохранять только благодаря взаимодействию атома с окружением. Тем не менее таким образом можно преодолеть суперпарамагнитный предел и достичь плотности записи информации на три порядка большей, чем у современных винчестеров. Дело в том, что в обычном слое магнитного вещества соседние магнитные атомы взаимодействуют друг с другом, что приводит к образованию магнитных доменов, в которых спины всех атомов ориентированы одинаково. И эти магнитные домены не могут быть слишком маленькими, иначе они становятся неустойчивыми и их намагниченность разрушается тепловыми флуктуациями. Теперь ясно, что один магнитный атом или кластер атомов в немагнитном окружении способен обойти эту трудность.

Первые измерения проводились при температуре лишь на полградуса выше абсолютного нуля. Сейчас ученые экспериментируют с различными магнитными атомами и немагнитными подложками, надеясь отработать технологию записи и считывания информации с атома с помощью иголки сканирующего туннельного микроскопа. Если это удастся, рабочую температуру атомной памяти попытаются повысить до комнатной.

Другой результат был получен в Цюрихской исследовательской лаборатории IBM. Там изучали вибрации молекул и случайно обнаружили, что молекула нафталоцианина прекрасно подходит на роль молекулярного переключателя, поскольку способна изменять свое состояние и проводимость, не меняя формы (при ее «переключении» изменяется только положение пары атомов водорода в центре структуры).

Разнообразные молекулы-переключатели ученые изучали и раньше, но все они при переходе между устойчивыми состояниями существенно изменяли свою сложную трехмерную структуру. Это делало их практическое использование почти невозможным, поскольку было непонятно, как и на что их можно закрепить в молекулярном компьютере.

Нафталоцианин переключают током с иголки сканирующего туннельного микроскопа. А две расположенные рядом молекулы при переключении могут влиять на состояния друг друга, образуя основу логического ключа. Сейчас в Цюрихе активно работают над различными комбинациями таких молекул, надеясь получить логические элементы для молекулярных компьютеров. ГА

Гонка за лидером

Хотя из знаменитого телескопа имени Хаббла уже чуть ли не песок сыплется, а сам проект не раз и не два пытались свернуть, достичь таких же успехов в фотографировании небесных тел никому пока не удается. Космический телескоп оказывается просто-напросто выше (в обоих смыслах) всех попыток ученых избежать дорогостоящего выноса телескопической оптики за пределы атмосферы.

Именно атмосфера своей турбулентностью не позволяет крупнейшим телескопам на Земле сделать снимки, близкие по разрешающей способности к хаббловским. Скромный по современным меркам диаметр объектива орбитального телескопа все равно переигрывает десятиметровых монстров из высокогорных обсерваторий в четкости снимков. Но кажется, астрономам, наконец, улыбнулась удача.

Группа ученых Кембриджского и Калифорнийского университетов под идейным началом доктора Крейга Маккея (Craig Mackay) из Кембриджа разработала аппаратно-программную систему, которая позволила с помощью Паломарского пятиметрового телескопа получить изображения, вдвое превосходящие по разрешению снимки телескопа имени Хаббла.

Технология получила название Lucky Imaging, а камеру, используемую для фиксирования изображений, нарекли соответственно Lucky Camera. Нужно сказать, что инструменты "удачной съемки" работают в паре с уже давно взятой на вооружение системой адаптивной оптики, автоматически подстраивающейся под атмосферные искажения и частично их компенсирующей. Каков же рецепт удачного снимка?

Традиционно на телескопе для получения изображений объектов с низкой светимостью делают длительную выдержку, позволяющую накопить достаточно света. Выдержка может составлять и многие десятки минут, если в этом есть необходимость. Однако по технологии Lucky Imaging вовсе не нужно использовать всю информацию, которую получает телескоп за время экспозиции. Специальная программа, следящая за атмосферной турбулентностью, отбирает лишь те моменты съемки, которые соответствуют почти нулевым искажениям. Чтобы вычленить эти мгновенья, хаотически разбросанные по времени экспозиции, Lucky Camera делает не один снимок, а множество кадров с малой выдержкой, успевая за секунду двадцать раз виртуально щелкнуть затвором. Иными словами, ведется видеосъемка неба. После сортировки кадров, полученных с помощью малошумящей быстрой камеры компании E2V Technologies, отобранные изображения сливаются в одно.

Если верить заявлениям ученых, то получить снимки, равнозначные по четкости фотографиям орбитального телескопа, теперь можно и с Земли, причем в пятьдесят тысяч раз дешевле. Однако минусы есть и у этой разработки. Обратная сторона процесса отбора кадров состоит в том, что большая часть световой информации выбрасывается. Для того чтобы получить снимки, аналогичные по яркости традиционным, выдержку приходится увеличивать во много раз. Это означает, что орбитальный телескоп все равно оказывается расторопнее земных собратьев. В то же время деньги решают все, и при выборе между временными затратами и материальными очень часто на заклание отправляют именно время. Если технология Lucky Imaging и дальше будет доказывать свою эффективность, то планы вывода в космос новых оптических телескопов наверняка подвергнутся пересмотру. АБ