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科技成果

2014-12-28

航天器工程 2014年1期
关键词:月球研究

科学家首次用压力使得半导体变身拓扑绝缘体

物理学家组织网12月13日报道,一个由中国吉林大学、美国华盛顿卡内基研究所等单位研究人员组成的国际小组合作,通过对一种半导体施加压力,将其转变成了“拓扑绝缘体”(TI)。这是首次用压力逐渐“调节”一种材料,让它变成了拓扑绝缘状态,也为先进电子学应用领域寻找TI材料开辟了新途径。相关论文在线发表于《物理评论快报》上。研究人员通过掺杂(加入少量其他元素)或“种植”的方法引发拓扑绝缘态,使一种材料表现得像TI材料,并且用施加压力的方式来避免掺杂和“种植”所带来的性质不均、不可控等缺陷。该实验在布鲁克海文国家实验室的国家同步加速器光源(NSLS)上进行。实验表明,压力是引起拓扑绝缘相态的一种有效方式,这一技术对研究从普通材料到TI材料的相态转变非常有用。

科学家称已发现暗物质

据中国科技网报道,近日研究人员利用超导回路检测到组成宇宙大部分物质的神秘暗物质,其占宇宙全部物质的80%。目前进行的科学调查表明暗物质是由一种新型粒子组成,其会与宇宙中除重力外的所有已知的力发生微弱的相互作用。由于暗物质不可见且几乎完全不可触摸,所以只能通过它产生的引力拖拽作用监测它们的存在。

木卫二表面发现黏土质矿物 或可育新生命

土卫二

据日本《东京新闻》12月12日报道,NASA 宣布在被冰雪所覆盖的木卫二上发现其与彗星及小行星撞击后形成的类似黏土状的矿物质。根据伽利略号探测器1998年拍摄到的木卫二近红外线图像来看,研究人员认为这是一种类似酰基氯的矿物。研究小组表示,木卫二的冰雪表层下极有可能隐藏广袤的海洋,由于小行星或彗星的中心核中蕴含可形成生命的有机物,历经漫长时间后或许有育成生命的可能性。

美国公司公布商业月球着陆器设计

月球着陆器MX-1

据中国科技网报道,月球快车公司12月5日公布其月球着陆器MX-1的设计蓝图和第一批图片,并计划2015年送其前往月球。这个如茶几大小的着陆器除了能向月球表面运送有效载荷以外,还能帮助维修卫星、在地球轨道部署微型卫星,并能清除太空垃圾。MX-1质量约600kg,超过75%是火箭燃料,能把约60kg有效载荷送上月球表面。为了减轻着陆器的重量,工程师使用合成材料,并且用燃料箱支撑飞船的整体结构。该着陆器能进行软着陆,不过其没有着陆装置,空燃料罐将最先着地,从而减少碰撞的冲击力。月球快车公司参加了谷歌月球X 大赛,并期望凭借MX-1 获得2000 万美元巨奖,此外,公司打算与企业和政府开展商业合作,实现从月球提取水和其他资源的目标。其第一个MX-1工程样机已开始制造,预计2014年5―6月开展试飞工作。

科学家利用DNA和纳米粒子制造宝石

近日,美国西北大学的研究团队首次利用DNA和纳米粒子制造出了接近完美的单晶体。相关研究成果于近日发表在《自然》杂志上。据介绍,基于该实验室最近20年研制的超结晶格子技术,研究团队找到了一种独特的方法——利用特定的纳米材料作为原子,特定的DNA 作为粘合剂,经加热之后便可获得所需的晶体。在研究中,研究人员利用特定的DNA 链充当粘合剂,将散乱的金纳米粒子组合成结构有序的晶体。其中DNA 链的长度和纳米粒子尺寸之间的比例非常重要,将直接影响晶体表面的能量,进而决定晶体质量的优劣。目前主要研究对象是金纳米粒子,研究人员表示,这项技术也可以被应用于其他材料,经过技术改进后将能够制造更大的完美单晶体,并且用于制造单晶硅,进而极大地促进硅电子工业的发展。

世界最先进人形机器人的困惑:为什么长相像人

世界最先进人形机器人“阿特拉斯”

中国科技网2013年12月9日报道,近日,波士顿动力公司为美军研制的世界最先进人形机器人“阿特拉斯”(ATLAS),在罗里达科技大学举办的“人与机器的相互认知”试验时再次摔倒,今年10月,它曾在香港摔断膝关节。这引发了科学家们关于机器人是否一定要设计成人形的讨论。公司首席科技官马尔茨·莱伯特否认“阿特拉斯”完全损害,但他承认机器人即使全副武装,还是会经常摔倒。“阿特拉斯”能像人类一样用双腿直立行走,“双眼”是2个立体感应器,能在实时遥控下穿越复杂地形。美军希望“阿特拉斯”在灾难的恶劣环境中也能行动自如,比如能开门、爬楼梯和移动等,也希望它能使用从螺丝刀到救火车之类的工具。

超短脉冲激光工业精加工技术获德国未来奖

据中国科技网报道,一项德国产学研联合开发并已投入应用的超短脉冲激光工业精加工技术获得德国总统颁发的德国未来奖。传统的激光加工术往往会使金属、玻璃等加工原材料受热熔化,精度难以控制,需要再加工。超短脉冲激光精加工技术能将高能激光脉冲非常精确地导向微小的加工位置,材料受热范围直径仅约10纳米。高能激光脉冲能在几飞秒或几皮秒内将原材料迅速气化,不留残渣,周围材料也不会变形受损。研究人员表示,这项技术可迅速、精确、大批量加工包括钻石在内的各种材料,应用领域非常广泛,包括用于加工越来越薄、硬度越来越高的手机显示屏和人体耐受性更强的体内移植物。用这种技术加工的高精度发动机燃油喷嘴可节约燃油近20%。德国未来奖是德国应用研究的最高奖项,尤其注重科研成果的实用性、市场潜力和创造就业岗位能力等要素,目的是鼓励能有效促进德国产业国际竞争力的科技研发。

人脑连接存在性别差异 男擅长运动女擅长直觉

据中国科技网报道,一项关于脑连接性别特异性差异的研究指出,男性大脑可能形成了促进感受和协调运动的联系结构,而女性大脑可能形成了促进分析和直觉处理模式的连接结构。人类行为的性别差异显示出适应性互补:男性有更好的运动和空间能力,而女性有良好的记忆力和社会认知能力。之前也有研究发现人脑存在性别差异,但是并未对互补性进行解释。美国宾夕法尼亚大学的研究团队对8~22岁的949名参与者发育过程中的脑连接性别特异性进行了研究。研究人员使用弥散张量成像,分析了脑区域之间的复杂相互作用,并且对每个大脑的结构连接组建模。结果显示,在大脑的一些区域,女性大脑的左右半球显示出更大的连接性,而男性在每一个半球内显示出更大的连接性。相比之下,小脑的主要模式相反,男性显示出左右半球之间更大的连接性,而女性显示出半球内部更大的连接性。在小于13岁的儿童中间只观察到少数连接性差异,但这些差异在14~17岁的青少年和17岁以上的青年人中变得明显。研究人员提出,通过把出现在脑后方的知觉感受和由脑前方控制的运动连接起来,男性大脑的连接模式很可能带来了一个促进协调运动的有效系统;女性大脑的模式很可能促进了左半球的分析和顺序推理模式与右半球的空间、直觉信息处理模式之间的整合。

单原子光开关系统或成量子信息通信有力新工具

据中国科技网2013年11月30日报道,奥地利维也纳理工大学科学家只用一个铷原子,实现了光在两根玻璃纤维光缆之间的开关互换。这种单原子开关有望将量子现象用于信息与通信技术。研究小组利用了一种“瓶子共振器”,瓶子凸出的玻璃表面可以捕获光,使光在其中循环传播。如果把这种共振器放到导光玻璃纤维附近,这两个系统就会耦合在一起,光就可以从玻璃纤维跨越到瓶子共振器中。维也纳理工大学教授阿诺·劳斯琴贝特尔介绍说,当光和原子发生共振时,还可以让所有的光都保持在导入纤维内,而不转移到瓶子共振器和导出纤维中,这样就使铷原子成为一个开关,起到重新引导光进入这根或那根纤维的作用。在量子信息与量子通信领域,这种光开关将是非常有力的新工具。下一步,研究小组打算检验更强的光脉冲是否也能实现这种叠加。

磁悬浮技术驱动世界最小人工心脏

据中国科技网2013年11月25日报道,位于苏州的同心医疗器械公司研制出了基于完全磁悬浮技术的当今最新一代人工心脏的原型样机。公司将这颗最小的人工心脏命名为“CHVAD”,意思是新式辅助装置的中国心。2013年4月公司完成了首批30天动物实验,接下来将进行第二批90天动物实验。严格意义上说,公司研制的人工心脏是一种心室辅助装置,是以血泵为核心部件的机电一体植入式医疗装置,用于弥补或代替心脏完成泵血功能。同心公司自2008年成立以来,独创“微小型完全磁悬浮离心式人工心脏”技术概念,完成了包括基础专利在内的一系列技术创新,先后承担科技部国际合作与交流专项,“十一五”、“十二五”国家863计划主题项目独立子课题等项目。衡量人工心脏先进性的关键指标包括血液相容性和小型化程度,目前最新第三代人工心脏有液力悬浮(包括“磁液双悬浮”)、完全磁悬浮两类,其中完全磁悬浮被认为是提升血液相容性的最具发展潜力的技术。目前,中国心衰患者达到1600多万人,急性心源性休克、慢性心力衰竭患者只有心脏移植和人工心脏两种选择方式。人工心脏在美国已进入产业化,2012年销售额突破5亿美元,成为心血管医疗器械产业的一个新的分支,其价格每套高达10万美元。

研究称过于干净的生活方式损害人体微生物生态系统

据中国科技网2013年11月21日报道,加拿大圭尔夫大学微生物生态学家爱玛·艾伦·维科在对肠道微生物进行了10多年研究后指出,现代人过于注重洁净,食物太过精细,动辄使用抗生素,这种生活方式正在损害人体内无形的微生物生态系统。维科发现,人类体内数以万亿计的微生物不仅有助于消化,还能帮助人体抵御哮喘、病原体、过敏、糖尿病,甚至某种形式的自闭症和癌症。但是由于“无菌才是健康”这一观念深入人心,现代商场货架上充斥着琳琅满目的各色“抗菌”物品。令人忧心的是,这样的观念还被带入了普通家庭,很多孩子在成长的关键时期根本接触不到有菌环境。幽门螺杆菌在20世纪曾是人类胃里占主导地位的微生物,但最近的调查显示,美国、瑞典和德国这3 个国家的儿童中,只有不到6%还携带幽门螺杆菌,由于幽门螺杆菌会增加罹患胃溃疡和胃癌的风险,起初医生认为应彻底消灭它,但是最新研究表明,体内缺乏幽门螺杆菌的将影响到两种控制食欲的激素,这也许是肥胖症流行的重要原因之一。维科强调说,人类必须减少抗生素和杀菌产品的使用,从而保护体内的微生物生态环境。她还建议产妇慎重考虑选择剖腹产,因为胎儿在通过产道时从母亲体液中获得的微生物是第一批“奠基者”,它们的影响可能持续一生。

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