Не хлебом единым, как известно, а солью и камнями можем мы помочь лесной братии. Что? Как? Зачем?
А всё очень просто и весьма прозаично, в лесу ведь не только звери живут. Есть еще пернатые граждане, им тоже нужно помогать...Вот и приходится в лес каменюки мешками таскать, правда, стоит признаться не всегда и не везде.
Нам-то с Вами и прочим зверюгам хорошо, схватил что пожестче и жуешь из-за всех сил, пока в кашу не превратишь.
Но только у птиц, как известно, зубов нема... Вот и приходится бедолагам гальку глотать, которую мы по своему разумению по умному зовём - гастролиты. Собственно они и выполняют функцию "зубов" у птиц, своего рода жернова в желудке, нам тоже непросто зерна переварить не размельчив зубами предварительно.
Так и появилось одно из двух известнейших биотехнических мероприятий для птиц, кроме прямой подкормки, строительство галечников. Ну как строительство, немножко от снега прикрыл, камней насыпал, вот и всё сооружение...
Вот только вещь эта настолько важная и нужная, что именно на галечнике я видел самое большое количество глухарей в одном месте, не считая тока, аж 6 штук. Неплохая такая точка концентрации, согласитесь!!! А уж как этим пользоваться каждый решает сам...
Представьте себе суда с водонепроницаемыми переборками, подъёмным килем, «современным» парусом. С магнитным компасом, вообще без гребцов(!) и все это в 3 веке ДО нашей эры. Да, это китайская джонка! Привет, меня зовут Colt и я пишу посты на морскую тематику и пару раз в год зову пикабушников с собойв путешествия на яхтах (Сейшелы и Турция на Новый Год).
Европейский путешественник Никколо да Конти, рассказывая о своих путешествиях по Азии между 1419 и 1444 годами, буднично описывает огромные китайские джонки водоизмещением около 2000(!) тонн:
«Они строят корабли больше наших, с пятью парусами и таким же количеством мачт. Нижняя часть выполнена в три палубы, чтобы лучше противостоять штормам, которые часто случаются. Эти корабли разделены на несколько отсеков, если один повреждается во время шторма, остальные остаются невредимыми».
Европа дойдет до таких размеров ближе к 18 веку. А джонки строили в 3 веке до н.э.
При этом условия плавания джонок – дельты рек, мелководье, сезонные шторма и муссоны потребовали создания специфического судна, которое получилось поистине уникальным. Судите сами: 1. Плоское днище, а не глубокий киль. Джонка строилась без киля - продольного «хребта», который европейские корабли несли под водой. Вместо него - плоское или почти плоское днище. Зачем это нужно? Китайские моряки плавали по рекам с илистыми отмелями, каналам, прибрежным водам с частыми мелями. Плоское днище не «зарывается» в грунт, а если джонка садится на мель, она просто стоит на днище, а не заваливается набок как европейский галеон. При приливе судно может сняться самостоятельно, без посторонней помощи. Поэтому посадка на мель -скорее рутина, чем происшествие.
Хорошо видно плоское днище
2. Водонепроницаемые переборки вместо цельного корпуса В Европе и Америке они появятся ближе к 19-20 веку. Однако китайцы изначально строили джонки с поперечными стенками -переборками, которые разделяли корпус на изолированные отсеки. Это позволяло судну даже с пробитым дном в паре отсеков возвращаться целым. Дополнительными плюсами такой схемы были возможность хранить разные грузы раздельно (например перец и фрукты) и дополнительная жесткость корпуса.
Хоршо видны переборки и плоское дно
3. Руль на кормовом подвесе, вместо рулевого весла Из-за плоского дна – руль приходилось использовать как киль, а что бы при посадке на мель он не ломался -его дела подвесным, на блоках. Его опускали ниже на глубине и приподнимали при движении по мелкой реке. А при ударе о мель его просто подбрасывало вверх, а не ломало как на европейских судах.
Джонка на картине ~1850 год. Видно руль на подвесе и парусное вооружение -"жалюзи" или "веер"
4. Парусное вооружение «жалюзи», вместо единого паруса. Паруса получились интересными – их делали из отдельных бамбуковых стеблей, между которыми натягивали циновку, а позже и ткань. Такие перемычки называются «латы» и используются в современных парусах. Они позволяют парусу держать жесткость, что удобно при порывистом или встречно ветре. А тогда это давало 3 важных плюса: -Парус было легко убрать, просто отпустив канат. После этого парус падал вниз в специальные П-образные опоры. - Для работы с парусом не требовалось большой команды - Парус обладал высокой живучестью - рвалась одна секция, а не весь парус сразу.
5. Мачта без вант Да, всего этого переплетения канатов, удерживающих мачту, не было. Китайцы просто строили 2-3 палубы (которые сами по себе держали мачту) и укрепляли мачту массивными подкосами. Это освобождало место на палубе для работы и убирало громоздкую и сложную систему канатов.
Небольшое количество канатов есть, но их сильно меньше чем на "европейцах"
Вот так и получилась джонка - идеальное судно для своих условий -реки, канала, мелководного муссонного моря, где судно может легко сесть на мель. Джонке не надо было как галеону месяц идти через волны Атлантики, неся в трюме золото, а на борту пушки. Китаю нужны были надёжные, ремонтопригодные, всепроходные суда, которые могла построить деревенская артель без сложных чертежей. А джонку можно было построить на берегу из местного бамбука и древесины, часто без единого железного гвоздя.
Западные моряки, впервые увидевшие эти суда, смотрели с недоумением. Джонки выглядели неуклюже - широкий корпус, тяжёлая надстройка на корме, странные паруса с бамбуковыми рёбрами. Но стоило джонке выйти на воду – она обгоняла европейские корабли.
«Так возможно джонка и не пережила бы таких условий как фрегат или галеон» -может сказать въедливый читатель.
В августе 1846 года в Кантоне группа британских предпринимателей тайно вложилась в покупку джонки, надеясь использовать её как плавучую торговую выставку. Эта покупка нарушала китайский закон эпохи маньчжурской династии, запрещавший продажу китайских кораблей иностранцам. «Циян» была трёхмачтовой 800‑тонной торговой джонкой из Фучжоу. (С)
Так вот – она обогнул мыс Доброй Надежды, пересекла Атлантику и дошла до США. Где вызвала фурор в Нью-Йорке. В день ее посещало 4-7 тысяч человек. Платя по 25 центов за вход. А затем «Циян» перешла в Лондон, где была сенсацией и на ее борт поднималась королева Виктория.
Циян в Нью-Йорке и толпа стоящая в очереди на осмотр
А в 14 веке китайский адмирал Чжэн Хэ (легенда, заслуживающая отдельного поста) прошел на таких джонках весь индийский океан и доходил до края Африки. Причём не на 3-4 кораблях (как Дрейк, Магеллан или Колумб) – а флотилией в 200 кораблей и 25 000 человек. Эти ребята воевали и торговали практически со всем побережьем индийского океана!
Чжэн Хэ на борту своего корабля. Фото в цвете, 15 век. На кораблях везли диковинки и подарки как из Китая, так и в Китай. Эти огромные корабли так и звали -"сокровищница"
«Так если китайская джонка столь удобна и хороша, почему не захватила мир?» -спросят меня.
Причина удивительно странная - виной тому оказались китайские чиновники и мораль китайской империи тех времен.
Китайская империя на пике
Они строили свою империю как аграрную державу и море в их видение не вписывалось. Империя – это крестьяне, объединённые в семьи, деревни, области. Каждая из этих единиц понятна и платит налоги. Чиновники растут внутри этой системы так же понятно и планомерно. Море и морская торговля в эту картину не вписывалось.
Море «уводило» крестьян из деревень и создавало людей которые налоги не платят. Море создавало неподконтрольный центр генерации денег… Море создавало альтернативную чиновничью вертикаль. Которая подчинялась лично императору и по которой мог взмыть вверх чужак вроде адмирала Чжэн Хэ. Он не был китайцем, а был покоренным мусульманином.
Так в результате интриг и смерти императора Китай «замкнулся в себе» и прекратил дальние морские походы. А море и даже морская торговля оказалось под запретом. И хотя китайские джонки использовались аж до 1950х годов, свое окно возможностей в 15-18 веках они прозевали и место заняли привычные нам парусники. А когда европейцы «открыли Китай» и увидели джонки уже наступал век стальных судов.
Огромные джонки Адмирала Чжэн Хэ (размер дискуссионный до сих пор от 70 до 120 метро) и европейское судно эпохи Великих Географических Открытий
«Причем же тут урок?» -спросят меня. Урок? Он в потерянном «окне возможностей»
В 1470 годах крупный чиновник Лю Дася уничтожил все архивы Чжэн Хэ, с уникальными данными о практический всем побережье Индийского океана. Он считал себя правым. Он говорил: «Чжэн Хэ ходил в Западный океан, потратил сотни тысяч денег и зерна, погубил солдат и людей. Какая от этого польза государству?»
Это был голос бюрократа, который видел в море только расходы. Для него «величие империи» измерялось стабильностью налогов СЕГОДНЯ, а не открытиями или потенциалом, который проект может принести для всей империи завтра. Возможно сложись история чуть по-другому – сегодня «век парусников» мы бы видели на фоне паруса-веера?
Традиционно приглашаю желающих в Новогодние Путешествия на яхтах Походим под парусом, посмотрим на звезды и прикинем каково быть древними полинезийцами! - Сейшелы26.12 - 02. 01 - Турция 02.01 - 09.01 Планы путешествий на 2027- Loveyacht.ru (я сумел сам сделать сайт, да))
Ладно-ладно, шучу – я знаю, что никто так не подумал. Конечно же, перед вами слонёнок, а конкретно детёныш азиатского слона. Но почему он волосатый? Можно было бы подумать, что это наследие мамонтов, ведь азиатские, они же индийские, слоны к мамонтам генетически ближе, чем африканские, и произошли от общего предка позже, чем отделилась ветвь африканских слонов.
Однако предками азиатских слонов мамонты не являются: правильнее будет сказать, что они были двоюродными братьями с общим древним корнем. Да и в контексте рассматриваемого нами вопроса это не так уж важно, ведь и у детёнышей африканских слонов тоже порой имеется заметный волосяной покров, пусть и более реденький.
Утрата шерсти слонами в процессе эволюции связана с терморегуляцией, а именно – с критической необходимостью отводить лишнее тепло в условиях жаркого климата. Слоны – самые крупные наземные млекопитающие, а потому имеют наименьшее соотношение площади поверхности к объёму тела среди всех сухопутных животных. Их огромные организмы производят колоссальное количество внутреннего тепла, и оно едва успевает выходить через кожу. Учитывая климатические условия в среде обитания современных слонов, густая шерсть, как у мамонта, работала бы как самая настоящая шуба и быстро привела бы животное к тепловому удару и вероятной гибели.
Макеты шерстистого мамонта с детёнышем в выставочном центре «Ark Nebra» в Германии.
Наши с вами предки тоже утратили волосяной покров, но сделали это по другой причине: голая кожа позволяет нам эффективно потеть всей поверхностью тела. Но у слонов практически нет потовых желез, за исключением небольших участков между пальцами ног, так что охлаждаться посредством испарения пота они не способны. Вот и получается, что единственный доступный для них способ для них удерживать температуру тела в норме – а у слонов это в районе 36°C – это прямая теплоотдача, а для этого кожа должна быть максимально открытой. И всё же даже у взрослых слонов на коже есть волосы и местами даже очень выраженные.
Долгое время считалось, что редкие щетинки на теле слона – это просто бесполезный рудимент, однако относительно недавнее исследование учёных из Принстонского университета, опубликованное в 2012 году, перевернуло это представление. Биофизики доказали, что при крайне низкой плотности, когда волоски растут далеко друг от друга, шерсть перестает выполнять функцию сохранения тепла, а наоборот начинает его отводить. Редкие жёсткие волоски слонов работают как штырьки на поверхности игольчатого радиатора, собирая тепло от кожи и выводя его в окружающую среду. В зависимости от скорости ветра, эффективность теплоотдачи благодаря волоскам возрастает на 5-23%.
Но почему всё же детёныши более волосаты, чем взрослые слоны? Да потому, что взрослым этот встроенный «игольчатый радиатор» нужен значительно меньше, чем малышам, поскольку они справляются с перегревом благодаря огромной площади кожи, глубоким морщинам, удерживающим влагу, и постоянному похлопыванию ушами, которые пронизаны сетью крупных кровеносных сосудов.
У новорожденного слонёнка уши ещё слишком малы и не дают нужного эффекта, да и кожа более гладкая. К тому же, помимо помощи с отводом тепла, густой слой жёстких волосков, называемых лануго, на голове и спине детёныша защищает его нежную молодую кожу от солнечных ожогов и укусов кровососущих насекомых до тех пор, пока кожный покров окончательно не огрубеет. Так что всё продумано!
Ещё больше интересного о живой природе на канале ЗУБ: записки учителя биологии: в Телеграм | в Макс
ПУТАЮТ ЛОМЕХУЗ С МУРАВЬЯМИ Муравьи Из чего состоит семья Муравьиная семья включает несколько ключевых групп особей: • Расплод — это яйца, личинки и куколки, то есть будущее потомство. • Репродуктивные самки (матки или королевы) — их главная задача — откладывать яйца. В зависимости от вида в семье может быть одна матка (моногиния) или несколько (полигиния). • Самцы — их единственная функция — оплодотворение молодых самок во время брачного полёта. После этого они обычно погибают. • Рабочие особи — это бесплодные самки, которые составляют подавляющее большинство населения семьи (95–99%). Именно они обеспечивают всю повседневную жизнь: добывают пищу, строят и ремонтируют гнездо, ухаживают за расплодом, кормят матку и солдат, регулируют микроклимат. Кастовая система и разделение труда Внутри касты рабочих существует разделение на касты с разными функциями: • Няньки — ухаживают за яйцами, личинками и куколками, измельчают пищу для кормления потомства. • Свита — обслуживает матку, кормит и чистит её. • Грумы — ухаживают за старшими рабочими. • Ремонтники — чинят и укрепляют подземные камеры и ходы. • Муравьи-бочки — особые рабочие, которые хранят в раздутых брюшках запасы жидкой пищи (например, нектара). • Фуражиры — добывают пищу. Среди них выделяют активных разведчиков, которые оставляют пахучий след, и пассивных сборщиков, следующих по этому следу. • Скотоводы (пастухи) — разводят тлей или других насекомых, защищают их и «пасут» ради сладких выделений (пади). • Строители — расширяют и укрепляют гнездо. Солдаты — это особая каста, которая есть не у всех видов. Это крупные рабочие с мощными челюстями, их главная задача — защита гнезда. Как поддерживается порядок Жизнь в муравейнике регулируется несколькими механизмами: • Феромоны — основной «язык» общения. Матка выделяет вещества, которые регулируют поведение рабочих, а также служат сигналом для всей колонии. При опасности выделяются тревожные феромоны, мобилизующие всю семью. • Трофаллаксис — процесс взаимного кормления. Так не только распределяется пища, но и передаются гормональные сигналы, которые определяют поведение муравьёв. • Гибкая перестройка ролей. Молодой рабочий обычно начинает с работы внутри гнезда, а с возрастом переходит к внешним задачам. Если часть колонии погибает, роли перераспределяются среди оставшихся особей. • Поддержание микроклимата. Рабочие постоянно регулируют температуру и влажность в разных камерах муравейника, чтобы обеспечить оптимальные условия для развития расплода. Особенности разных видов Устройство семьи может заметно различаться у разных видов муравьёв: • Муравьи-листорезы строят сложные подземные лабиринты с отдельными камерами для выращивания грибов на пережёванной листве. • Кочевые виды не имеют постоянного жилища и постоянно перемещаются. • Муравьи-рабовладельцы содержат в своём гнезде «рабов» — муравьёв других видов, которых они захватывают в набегах. Таким образом, муравьиная семья — это пример высокоорганизованного сообщества, где каждый член выполняет свою роль, а слаженная работа всех обеспечивает выживание и процветание всей колонии.
Ломехузы Что это за жук Ломехуза — это мирмекофильный стафилинид (семейство коротконадкрылых жуков) из подсемейства Aleocharinae. Чаще всего встречается вид Lomechusa strumosa. Это крошечное насекомое (около 5 мм в длину) светло-коричневого цвета, примерно в три раза меньше рыжего лесного муравья.
Как ломехуза взаимодействует с муравьями Жук проникает в муравейник, чаще всего с воздуха через входное отверстие. Муравьи не распознают в нём чужака из-за особого секрета, который он выделяет. Этот секрет действует на муравьёв как наркотик, вызывая состояние эйфории: они теряют бдительность, отходят в сторону и начинают кормить жука.
Ломехуза умеет «просить» еду, постукивая усиками по голове муравья. Самка жука откладывает 100–200 яиц прямо среди муравьиных, и они практически неотличимы. Вылупившиеся личинки также выделяют одурманивающее вещество и «просят» еду. Муравьи заботятся о них как о собственном потомстве.
Почему это опасно для муравейника Со временем в муравейнике появляется всё больше ломехуз. Ресурсы колонии истощаются на их содержание. Под воздействием вещества жука у муравьёв нарушается нормальное поведение: они перестают эффективно добывать пищу, защищать гнездо и размножаться.
Появляется поколение муравьёв-даунов, или псевдоэргатов. У них нарушены инстинкты: они не умеют добывать еду, не защищают дом, не могут заводить потомство и бесцельно перемещаются по муравейнику. Из-за них колония слабеет и может погибнуть.
Важное уточнение В научной среде есть и другая точка зрения. Некоторые исследователи считают, что роль ломехузы в гибели муравейника преувеличена, а её секрет лишь сбивает муравьёв с толку, не вызывая наркотического эффекта.
Спасение муравейника Если колония уже сильно поражена, спасти её может только внешнее вмешательство — ручная чистка, при которой из муравейника удаляют ломехуз и псевдоэргатов. После такого вмешательства здоровые муравьи способны отстроить новое гнездо и даже приобретают устойчивость к воздействию вещества жука.
Так что ломехуза — это яркий пример того, как хитрость и «химическое оружие» могут разрушить даже высокоорганизованное сообщество.
Биоматериаловедение давно вышло за рамки узкой научной области. Сегодня от него напрямую зависит развитие персонализированной медицины будущего — от имплантатов и систем доставки лекарств до биофабрикации живых тканей.
Доктор физико-математических наук, директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов, рассказывает о том, какие решения уже внедрены в медицинскую практику, где наука упирается в физику и биологию, а также почему для биоматериаловедения нужны инженеры нового «М-типа».
Фёдор Сенатов
Научный подход к здоровью
Технологии проникают в ежедневную медицинскую практику при выполнении трёх условий: эффективности, воспроизводимости и масштабируемости.
С одной стороны, уже существуют решения, которые доказали свою клиническую эффективность: покрытия имплантатов, гидрогели, системы доставки лекарств. С другой — активно развивается производство и цифровые технологии, позволяющие изготавливать изделия под конкретного пациента. Цифровое моделирование, например, уже позволяет создавать индивидуальные имплантаты на основе КТ и МРТ. Такие подходы применяются в клинической практике и показывают высокую точность и предсказуемость результата.
По мере развития технологий производства и стандартизации такие решения неизбежно становятся доступнее. Речь не только про индивидуализацию формы имплантата, но еще и подбор механики и микроструктуры с учетом особенностей биомеханики ткани или органа пациента. Потому что один и тот же имплантат будет хуже или лучше интегрироваться с организмом в зависимости от пола и возраста, нагрузки, сопутствующих заболеваний и других факторов. Это означает, что через 5–10 лет персонализированные имплантаты войдут в такой же обиход, как, например, электронные медицинские карты.
Безопасность, масштабируемость, соответствие высоким стандартам
Современные биотехнологи создают «умные» материалы, свойства которых можно заранее программировать, меняя их под действием нагрузки, температуры или биохимической среды. В одной лишь стоматологии с 2021 по 2025 гг. рынок вырос почти вдвое: с 1,09 до 1,97 млн единиц продукции. Внедрение современных сердечно-сосудистых стентов позволило снизить смертность в 2–3 раза у пациентов с инфарктами и инсультами. Это миллионы людей, которые вернулись к нормальной жизни благодаря науке.
Путь от лабораторного прототипа до полноценного медицинского изделия никогда не бывает быстрым. Дело в совокупности факторов. Первый и ключевой из них — требование к безопасной и стабильной работе, то есть сохранять в организме заданные свойства в течение требуемого времени и, главное, не вызывать нежелательных реакций со стороны иммунной системы. Нам же необходимо этот процесс заранее проконтролировать от начала и до конца в лабораторных условиях.
Второй фактор — масштабируемость. Создать единичный образец относительно просто. Гораздо сложнее воспроизвести его в промышленном масштабе так, чтобы каждое изделие обладало теми же свойствами, той же внутренней структурой и тем же уровнем стерильности. На этом этапе многие перспективные разработки сталкиваются с рядом ограничений.
И, наконец, последнее требование — соответствие существующим медицинским стандартам. В области биоматериалов они значительно строже, чем в классическом материаловедении. Здесь недостаточно показать, что материал просто работает — необходимо доказать, что его эффект стабилен, воспроизводим и предсказуем на протяжении всего срока службы.
Кстати, отмечу, что совсем недавно в России был впервые принят национальный стандарт, регламентирующий область 3D-биопечати эквивалентов тканей и органов. ГОСТ Р 72595–2026 «Трёхмерная биопечать эквивалентов тканей и органов. Базовые принципы. Термины и определения» разработан учёными НИТУ МИСИС в сотрудничестве с экспертами Ассоциации «Технологическая Платформа БиоТех2030» и лаборатории биотехнологических исследований «3Д Биопринтинг Солюшенс». Он утверждён приказом Росстандарта и вводится в действие с 1 сентября 2026 года.
Что должен уметь современный биотехнолог?
Междисциплинарный специалист «М-типа» должен разбираться в основах клеточной биологии и иммунологии, понимать свойства материалов — от полимеров до нанокомпозитов, владеть такими методами анализа, как спектроскопия, микроскопия и механические испытания. Не менее важны и «гибкие» навыки. Проекты почти всегда реализуются в команде с клиницистами, инженерами и специалистами по данным, нужно уметь использовать цифровые модели и аналитические инструменты. В одиночку в этой области сегодня не работает никто.
Биотехнологу необходимо понимать механику материалов, основы биологии и особенности медицинского применения, так как именно на их пересечении рождаются нужные решения. Поэтому, например, в Университете МИСИС в рамках пилотного проекта по совершенствованию национальной системы высшего образования создана особая программа — «Биоматериаловедение», где обучение выстроено на стыке материаловедения, биологии и медицины. Второй уровень специализированного высшего образования ориентирован на конкретные научные и инженерные задачи: от нейроинженерии и тераностики до инжиниринга медицинского оборудования. Эти программы дают системное понимание современных методов исследования и учат работать в междисциплинарных командах. Таким образом, выпускаются уникальные специалисты, способные создавать перспективные материалы для сбережения здоровья миллионов людей.
Перельман. Занимательная астрономия. Чего нельзя изобразить.
К числу вещей, которые никак нельзя изобразить на бумаге, принадлежит точный план нашей солнечной системы. То, что под именем плана солнечной системы приводится в книгах по астрономии, есть чертёж планетных путей, а никак не солнечной системы: самих планет на таких чертежах изобразить нельзя без грубого нарушения масштаба. Планеты по сравнению с разделяющими их расстояниями так ничтожно малы, что трудно даже составить себе сколько-нибудь правильное представление об этом соотношении.
Изберём для земного шара самую скромную величину - булавочную головку: пусть Земля изображается шариком около 1 мм поперечником. Луна в виде крупинки в 1/4 мм диаметром будет помещена в 3 см от булавочной головки. Солнце величиной с крокетный шар (10 см) должно отстоять на 10 м от Земли. Меркурий - крупинка в 1/3 мм поперечников на расстоянии 4 м от мяча-Солнца. И Венера - с булавочную головку, в 7 м от мяча. В 16 м от мяча-Солнца кружится Марс - крупинка в 1/2 мм поперечником. У Марса два спутника, но изобразить их в нашей модели невозможно: в принятом масштабе им следовало бы придать размеры бактерий! Почти столь же ничтожные размеры должны иметь в нашей модели астероиды. Их среднее расстояние от Солнца в нашей модели - 28 м. Наиболее крупные из них имеют размер с толщину волоса (1/20 мм), мельчайшие же - с бактерию. Исполин-Юпитер будет представлен шариком величиной с орех (1 см) в 52 м от мяча-Солнца. Вокруг него на расстоянии 3, 4, 7 и 12 см кружатся самые крупные из 12 его спутников. Размеры этих больших лун около 1/2 мм. Наиболее удалённый из его спутников пришлось бы поместить в 2 м от ореха-Юпитера. Значит, вся система Юпитера имеет 4 м в поперечнике. Это очень много по сравнению с системой Земля - Луна (поперечник 6 см), но довольно скромно, если сопоставить такие размеры с поперечником орбиты Юпитера (104 м) на нашей модели. Планету Сатурн пришлось бы поместить в 100 м от мяча-Солнца в виде орешка 8 мм поперечником. Прославленные кольца Сатурна шириной 4 мм и толщиной 1/250 мм будут находиться в 1 мм от поверхности орешка. 9 крупнейших спутников разбросаны вокруг планеты на протяжении 1/2 м в виде крупинок диаметром в 1/10 мм и менее. Уран в нашей модели отброшен на 196 м от Солнца. Это горошина в 3 мм поперечником с 5 пылинками-спутниками, разбросанными на расстоянии до 4 см от центральной крупинки. В 300 м от центрального крокетного шара - Нептун: горошина с двумя спутниками (Тритон и Нереида) в 3 и 70 см от неё. Плутон находится на расстоянии 400 м от мяча-Солнца, а поперечник - около половины земного.
Кроме планет, солнечной системе принадлежат и кометы. Среди них есть такие, период обращения которых доходит до 800 лет. Путь такой кометы на нашей модели изобразился бы вытянутым эллипсом, один конец которого (перигелий) расположен всего в 12 мм от Солнца, а второй (афелий) в 1700 м от него.
Если исчислить размеры солнечной системы по этим кометам, то наша модель вырастет до 3,5 км в поперечнике и займёт площадь 9 кв. км при величине Земли с булавочную головку. На этих 9 кв. км помещается такой инвентарь:
1 крокетный шар
2 орешка
2 горошины
2 булавочные головки
3 крупинки помельче и разная быль.
Источник: Я. И. Перельман. Занимательная астрономия. 7-е издание, М., 1954. Текст книги сокращён и изменён. Тег "моё не ставлю".
Учёные Университета МИСИС предложили новые способы моделирования запутанных многочастичных квантовых систем с большим числом состояний. Ранее считалось, что вычислительной мощности классических компьютеров не хватит для подобных расчётов в случае больших систем. На помощь пришли квантовые процессоры и многоуровневые квантовые носители информации — кудиты.
Чтобы моделировать работу сложных структур, где одновременно взаимодействует множество частиц, необходимы квантовые вычисления. Они перспективны для создания сверхпроводников, новых типов электронных устройств, а также для изучения магнетизма и поведения материалов в экстремальных условиях. Один из наиболее часто используемых подходов в статистической физике для такой работы — модель Поттса, обобщение модели Изинга.
При увеличении в расчётах числа частиц и уровней, вычислительной мощности классических компьютеров не хватает, поэтому на помощь приходит квантовое моделирование. Но при кодировании с помощью двухуровневых квантовых систем, кубитов, неизбежно возникают дополнительные корреляции, что увеличивает вычислительные затраты.
Исследователи НИТУ МИСИС предложили новые способы моделирования систем, где взаимодействуют многоуровневые квантовые системы. Физики разработали новый квантовый алгоритм и два варианта разложения сложной квантовой динамики на набор простых операций, которые можно выполнить с помощью уже существующих кудитных квантовых процессоров. Один подход использует вентиль Мёльмера—Соренсена для ионных квантовых компьютеров и дополнительный вспомогательный уровень, а второй — вентиль на световом сдвиге. С подробностями работы можно ознакомиться в научном журнале Entropy (Q2).
«Мы показали, что использование многоуровневых квантовых систем позволяет напрямую и более эффективно моделировать сложные квантовые процессы без необходимости упрощать их до двухуровневых кубитных моделей. Оба предложенных нами подхода позволяют представить модель Поттса в виде последовательности операций, пригодных для квантовых процессоров на основе ионных ловушек», — рассказал инженер лаборатории квантовых информационных технологий НИТУ МИСИС МаксимГавреев.
Учёные предложили конкретные схемы как для одиночных кудитов, так и для взаимодействующих пар. Используя метод Сузуки—Троттера, они разложили динамику квантовой системы на набор простых логических элементов — квантовых вентилей, которые последовательно преобразуют состояния системы по заданным правилам, что позволяет воспроизводить её динамику на реальных квантовых устройствах. Также подход позволяет выявлять динамические квантовые фазовые переходы — резкие изменения в поведении системы со временем.
«Наши результаты открывают путь к более компактной и точной реализации квантовых симуляций на существующих платформах, что особенно значимо для развития квантовых технологий в ближайшие годы. Важно отметить, что мы предложили оригинальный квантовый алгоритм на основе кудитов», — отметил к.ф.-м.н. Алексей Фёдоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС.
Исследование выполнено в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030». При поддержке гранта РНФ № 24-71-00084 был разработан новый подход к выбору кудитных операций.
Российские учёные повысили устойчивость перовскитных солнечных элементов к нагреву, внедрив в материал специальные органические молекулы (TPA-Py), которые стабилизируют его структуру. Время эффективной работы устройств при высокой температуре 80°С увеличилось с 260 до 700+ часов. Это важный шаг к созданию доступных и долговечных солнечных панелей нового поколения.
Коллектив лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС
«В Университете МИСИС по госпрограмме „Приоритет-2030“ реализуется стратегический технологический проект „Энергия материалов“: научный коллектив под руководством молодого талантливого доктора технических наук Данилы Саранина разрабатывает технологии и материалы для альтернативной энергетики, ведёт изыскания в области увеличения срока эксплуатации и коэффициента полезного действия солнечных элементов нового поколения. Исследователи повысили устойчивость перовскита к нагреву с помощью добавления в структуру материала трифениламин-пиридиновых молекул: благодаря этому время эффективной работы устройств увеличилось почти в 3 раза. Предложенный метод может стать одним из ключевых для последующего масштабирования солнечных панелей», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
На сегодняшний день перовскитные солнечные элементы значительно превосходит кремниевые аналоги по эффективности в пасмурную погоду или при искусственном освещении. Однако широкое внедрение таких панелей пока ограничено, так как под воздействием негативных факторов окружающей среды тонкие плёнки быстро разрушаются.
Одна из актуальных задач учёных-материаловедов — увеличить срок службы перовскитных модулей при высокой температуре, которая значительно ускоряет коррозию металлических контактов и образование структурных дефектов. Существующие методы стабилизации — например, поверхностная пассивация — часто работают только в мягких, близких к комнатной температуре условиях, но оказываются недостаточно эффективными при стандартных рабочих температурах солнечных панелей — 80-100°C.
Для решения этой проблемы учёные НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Института синтетических полимерных материалов РАН предложили эффективный способ защитить перовскитный модуль от разрушения при нагреве. Исследователи добавили в материал специальные органические молекулы, которые формируют тонкие плёнки непосредственно в структуре перовскита. Они стабилизируют материал изнутри, защищая интерфейсы между слоями устройства, и замедляют возникновение дефектов.
«Добавленные нами трифениламин-пиридиновые молекулы устроены так, что одна их часть отдаёт электроны, а другая — притягивает. Благодаря этому они хорошо взаимодействуют с перовскитом и создают внутри материала небольшие электрические поля, которые меняют энергитические уровни на границах кристаллов. Это снижает потери энергии и повышает выходное напряжение до 1,14 В. Молекулы увеличивают энергию активации диффузии критических дефектов, что увеличило время эффективной работы солнечного элемента более чем в 3 раза при температуре 80°С», — рассказала инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичева.
Новые молекулы блокируют перемещение ионов внутри материала — один из главных факторов разрушения/распада перовскитов со временем. Благодаря этому срок стабильной работы при температуре 80°C увеличился почти в три раза. С подробностями исследования можно ознакомиться в журнале Solar RRL (Q1).
«Термическая деградация оставалась главным барьером на пути коммерциализации перовскитных солнечных элементов. Наша стратегия объёмной пассивации с помощью молекулы TPA-Py не только сохраняет высокую эффективность, но и радикально повышает устойчивость устройств к реальным условиям эксплуатации», — объяснил инженер научного проекта лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Лев Лучников.
Работа выполнена в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Энергия материалов» по программе «Приоритет-2030», а также поддержана грантом РНФ № 22-19-00812-P.
