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Serbatoio della scienza

Benvenuto nella nostra sezione "Science Tank". In quest'area del sito, trattiamo in modo interdisciplinare le scoperte rilevanti del mondo della scienza (fisica, matematica, informatica, medicina e molte altre). Pubblichiamo importanti risultati dal mondo con un'attenzione particolare all'ambiente scientifico a Gottinga. Divertiti e resta curioso.     

Co-design di elettronica con microfluidica per un raffreddamento più sostenibile

La gestione termica è una delle sfide più importanti per il futuro dell'elettronica. Con la generazione di dati e la velocità di comunicazione in costante aumento, nonché il costante bisogno di ridurre le dimensioni e il costo dei sistemi di conversione industriali, la densità di potenza dell'elettronica è aumentata. Di conseguenza, il raffreddamento, con il suo enorme consumo di energia e acqua, ha un impatto sempre maggiore sull'ambiente e sono necessarie nuove tecnologie per generare calore in modo più sostenibile, ovvero con meno consumo di acqua ed energia. Incorporare il raffreddamento a liquido direttamente nel chip è un approccio promettente per una gestione termica più efficiente. Tuttavia, anche con gli approcci più moderni, l'elettronica e il raffreddamento vengono trattati separatamente, in modo che il pieno potenziale di risparmio energetico del raffreddamento incorporato rimanga inutilizzato.

Dispositivo elettrico a raffreddamento microfluidico co-progettato

Immagine di origine: Natura 585 211-216 (2020)

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German Future Prize 2020: gli sviluppatori EUV di TRUMPF, ZEISS e Fraunhofer nominati!

L'Ufficio del Presidente federale ha annunciato oggi i candidati per il German Future Prize 2020 nella Hall of Honor del Deutsches Museum di Monaco di Baviera. Nel gruppo dei migliori - i tre progetti per la fase finale del Premio del Presidente federale per la tecnologia e l'innovazione - c'è un team di esperti di TRUMPF, ZEISS e Fraunhofer IOF: con il loro progetto "Litografia EUV - Nuova luce per l'era digitale ", Dott. Peter Kurz, divisione ZEISS Semiconductor Manufacturing Technology (SMT), Dr. Michael Kösters, TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing e Dr. Sergiy Yulin, Istituto Fraunhofer di ottica applicata e meccanica di precisione IOF di Jena, nominato.

Il team di esperti di fronte al laser industriale pulsato più potente del mondo, che viene utilizzato per generare luce per abilitare la litografia EUV (da sinistra): Dr. Peter Kurz, divisione ZEISS SMT, Dr. Michael Kösters, TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing e Dr. Sergiy Yulin, Istituto Fraunhofer di ottica applicata e meccanica di precisione IOF
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Prognosi futura causale in uno spazio-tempo di Minkowski

La stima degli eventi futuri è un compito difficile. A differenza degli esseri umani, gli approcci all'apprendimento automatico non sono regolati da una comprensione naturale della fisica. In natura, una sequenza plausibile di eventi è soggetta alle regole di causalità, che non possono essere semplicemente derivate da un insieme finito di addestramento. In questo articolo, i ricercatori (Imperial College London) propongono un nuovo quadro teorico per eseguire previsioni causali del futuro incorporando informazioni spaziotemporali in uno spaziotempo di Minkowski. Usano il concetto di cono di luce della teoria della relatività speciale per restringere e attraversare lo spazio latente del modello anarbitrario. Dimostrano applicazioni di successo nella sintesi di immagini causali e nella previsione di future immagini video su un set di dati di immagini. La loro struttura è indipendente dall'architettura e dal compito e ha forti garanzie teoriche per le capacità causali.

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Test di infusioni utilizzando un sistema di sensori optoacustici

Il Laser-Laboratorium Göttingen eV ha inizialmente vinto la gara di quest'anno per GO-Bio dal BMBF.

Il progetto “Sistema di sensori optoacustici per il monitoraggio delle infusioni” (Oase) del dipartimento Photonic Sensor Technology è entrato nella prima delle due fasi della misura di finanziamento iniziale di Go-Bio. In questa gara altamente competitiva del BMBF, sono state ammesse alla fase esplorativa 41 delle 178 idee di progetto con un potenziale di innovazione riconoscibile.

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Segreti di algebra

L'ultimo articolo ha avuto una bella risposta (grazie per questo). Quindi oggi qualcosa dal mondo della "matematica dimenticata" - divertiti!   

L'aritmetica spesso non può provare alcune delle sue roccaforti con mezzi vaghi. In questi casi abbiamo bisogno di metodi algebrici più generali. Per questo tipo di teorema aritmetico, che è giustificato algebricamente, ci sono molte regole per le operazioni aritmetiche abbreviate.

Moltiplicazione della velocità:

Ai vecchi tempi, quando non c'erano computer o calcolatori, i grandi aritmetici usavano molti semplici trucchi algebrici; per semplificarti la vita:

La "x" sta per moltiplicazione (eravamo troppo pigri per provare LaTeX :-))

Guardiamo:


 988² =?

Puoi risolverlo nella tua testa?

È molto semplice, diamo un'occhiata più da vicino:


988 x 988 = (988 + 12) x (998-12) + 12² = 1000 x 976 + 144 = 976 144


È anche facile capire cosa sta succedendo qui:

(a + b) (a - b) + b² = a² - b² + b² = a²

OK finora tutto bene. Ora proviamo a fare i conti velocemente, anche combinazioni come


986 x 997, senza calcolatrice!


986 x 997 = (986 - 3) x 1000 + 3 x 14 = 983

Cos'è successo qua? Possiamo scrivere i fattori come segue:

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Corrente elettrica imprevista che potrebbe stabilizzare le reazioni di fusione

Gli scienziati hanno scoperto che le correnti elettriche possono formarsi in modi precedentemente sconosciuti. Le nuove scoperte potrebbero consentire ai ricercatori di portare meglio sulla Terra l'energia di fusione che alimenta il sole e le stelle.


Per un'onda elettrostatica planare che interagisce con una singola specie in un plasma privo di collisioni, la conservazione della quantità di moto implica la conservazione della corrente. Tuttavia, quando più specie interagiscono con l'onda, possono scambiare un impulso, determinando un impulso di corrente. Una semplice formula generale per questa corrente guidata è derivata dal lavoro dei fisici. Ad esempio, mostrano come le correnti possono essere guidate per le onde di Langmuir nei plasmi elettrone-positrone-ione e per le onde ione-acustiche nei plasmi elettrone-ione.

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Un problema "difficile"

Oggi qualcosa dalla categoria "matematica dimenticata". Ci sono sempre relazioni numeriche algebriche molto interessanti che purtroppo sono rare o per niente nel curriculum, ma che ampliano la comprensione dei numeri e l'intuizione matematica.  

Supponiamo che qualcuno ti chieda di risolvere la prossima equazione senza strumenti tecnici.


Puoi farlo?


Ok a prima vista non è così facile. Ma quando conosci la relazione speciale e interessante tra questi numeri, è davvero semplice: 

Le componenti di sinistra dell'equazione sono: 100 + 121 + 144 = 365; In altre parole:



 Ok, usiamo una semplice algebra per scoprire se possiamo trovare più di queste sequenze: Il primo numero che stiamo cercando è "x":

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Penning trap misure di massa del deuterone e dello ione molecola HD +

Si dice che la massa del deuterone sia 0,1 miliardesimo di percento inferiore al valore memorizzato nella letteratura specialistica! Più di 100 anni dopo la scoperta del nucleo atomico, non è ancora chiaro quanto siano pesanti i singoli esemplari. Il gruppo di ricerca guidato da Sascha Rau del Max Planck Institute for Nuclear Physics di Heidelberg è riuscito a fare un eccellente "aggiornamento".

Immagine di origine: Istituto Max Planck di fisica nucleare

Le masse dei nuclei atomici più leggeri e la massa dell'elettrone sono collegate ei loro valori influenzano le osservazioni in fisica atomica, fisica molecolare e fisica dei neutrini, nonché in metrologia. I valori più accurati per questi parametri fondamentali provengono dalla spettrometria di massa di Penning Fallen, che raggiunge incertezze di massa relative dell'ordine di 10E (-11). Tuttavia, i controlli di ridondanza utilizzando i dati di vari esperimenti rivelano significative incongruenze nelle masse del protone, del deuterone e dell'elio (il nucleo dell'elio-3), suggerendo che l'incertezza di questi valori potrebbe essere stata sottovalutata.

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Un progresso concettuale che dà gambe ai microrobot

Un articolo entusiasmante è apparso su Nature, 530-531 (2020); doi: 10.1038 / d41586-020-02421-2

Sono stati sviluppati minuscoli dispositivi che possono fungere da gambe di microrobot controllati dal laser. La compatibilità di questi dispositivi con i sistemi microelettronici suggerisce un percorso verso la produzione di massa di microrobot autonomi.

Video su Youtube https://youtu.be/8b_dMsYLkUs


Nel 1959, il premio Nobel e visionario della nanotecnologia Richard Feynman suggerì che sarebbe stato interessante "inghiottire il chirurgo", cioè costruire un minuscolo robot che potesse muoversi attraverso i vasi sanguigni per eseguire un intervento chirurgico se necessario. Questa visione iconica del futuro ha sottolineato le moderne speranze nel campo della robotica micrometrica: distribuire dispositivi autonomi in ambienti che le loro controparti macroscopiche non possono raggiungere. Tuttavia, la costruzione di tali robot presenta diverse sfide, inclusa l'ovvia difficoltà di assemblare una locomotiva microscopica. In un articolo su Nature, Miskin et al. tramite dispositivi elettrochimici che spingono microrobot controllati da laser attraverso un liquido e che possono essere facilmente integrati con componenti microelettronici per creare microrobot completamente autonomi.

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Come gli scienziati possono smettere di essere ingannati sulle statistiche

Un articolo entusiasmante di Dorothy Bishop è apparso in Natura 584: 9 (2020); doi: 10.1038 / d41586-020-02275-8

La raccolta di dati simulati può rivelare modi comuni in cui i nostri pregiudizi cognitivi ci portano fuori strada.


Negli ultimi dieci anni sono stati compiuti numerosi sforzi per promuovere una ricerca solida e credibile. Alcuni si concentrano sul cambiamento degli incentivi, come la modifica dei criteri di finanziamento e di pubblicazione, per favorire la scienza aperta rispetto alle scoperte sensazionali. Ma bisogna prestare attenzione anche all'individuo. I pregiudizi cognitivi eccessivamente umani possono portarci a vedere risultati che non ci sono. Un ragionamento errato porta a una scienza sciatta, anche quando le intenzioni sono buone.

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Calcolo quantistico a dodici qubit per la chimica

I calcoli accurati della struttura elettronica sono considerati una delle applicazioni più attese del computer quantistico, che rivoluzionerà la chimica teorica e altri campi correlati. Utilizzando il processore quantistico di Google Sycamore, Google AI Quantum e colleghi hanno eseguito una simulazione Variational Quantum Eigenolver (VQE) di due problemi chimici di media scala: l'energia di legame delle catene dell'idrogeno (grande quanto H12) e il meccanismo di isomerizzazione del diazolo ( vedere la prospettiva di Yuan). Le simulazioni sono state eseguite su un massimo di 12 qubit con un massimo di 72 gate a due qubit e mostrano che è possibile ottenere l'accuratezza chimica quando il VQE è combinato con strategie per ridurre al minimo gli errori. I componenti chiave dell'algoritmo VQE proposto sono potenzialmente scalabili a sistemi più grandi che non possono essere simulati nel modo classico.

Scienza, P. 1084; vedere anche p. 1054

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