技术

根据最近的研究，以前令人困惑的量子比特中的热能损失现在能够通过一种令人惊讶的简单实验安排来澄清。来自芬兰阿尔托大学的研究人员与国际团队合作，理论和实验上证明超导量子比特中的相干损失可以作为支持量子比特的电路中的热耗散来测量。 超导约瑟夫森接头是量子比特（也称为量子位）的基本组成部分，对于最复杂的量子计算机和高度敏感的探测器至关重要。这些量子比特及其相关电路以其卓越的电导能力而闻名。 阿尔托大学 Pico 研究小组的博士后研究员…

一种新的人工智能算法使研究人员能够提高3D打印创建复杂结构的效率。 根据华盛顿州立大学的一项研究，发表在《先进材料技术》期刊上的这项进展可能有助于更加顺畅地将3D打印结合于制作复杂设计，从人工器官到柔性电子产品以及可穿戴生物传感器。该AI算法旨在识别并生成肾脏和前列腺器官模型的最优版本，结果生成了60个逐步改进的迭代版本。 “这允许优化结果，从而提高时间、成本和劳动的效率，”论文的共同通讯作者、华盛顿州立大学机械与材料工程学院的贝瑞助理教授邱凯言表示。 近年来，3D打印的普及迅速增长，使工程师能够迅速将定制的数字设计转换为各种产品，包括可穿戴技术、电池和航空航天组件。 然而，工程师在确定其打印项目的正确参数时面临挑战，这可能是乏味且低效的。材料选择、打印机设置和喷嘴的喷出压力等因素对最终结果有很大影响。…

美国能源部（DOE）布鲁克海文国家实验室及其合作机构的研究人员开发出一种极其高效的催化剂，可以将甲烷（一种自然气的主要成分）转化为甲醇，这是一种易于运输的液体燃料，整个过程简单且仅需一步。根据最近发表在《美国化学学会杂志》上的一项研究，这种将甲烷转化为甲醇的创新方法在茶的沏制温度以下运行，完全生成甲醇而不产生任何额外的副产品。 这比传统的转化方法有了显著改善，后者通常更复杂，需要三个不同的反应，每个反应都需要不同的条件及明显更高的温度。 “我们基本上是将一切放在压力锅里，反应会自发发生，”布鲁克海文实验室化学部金哈伯博士后研究员兼论文主要作者胡安·希门尼斯（Juan Jimenez）说道。 这种系统的简单性可能对获取位于偏远农村地区的“孤立”天然气储备特别有利，那里的管道和化学精炼厂成本过高，布鲁克海文化学家、该研究的合著者桑贾亚·塞纳亚克（Sanjaya…

新的研究利用神经网络，这些网络受大脑运作的启发，提出了一个可能的解决方案，用于模拟分子状态的艰难任务。 该研究展示了这一技术如何帮助解决复杂分子系统中的基本方程。 这一进展在未来可能具有实际应用，使科学家能够通过计算机模拟设计新材料和化学过程，然后再进行实际的实验室生产。 这项研究由伦敦帝国学院和谷歌深度学习的科学家主导，今天在《科学》杂志上发表。 激发分子…

研究人员创造了一种可喷涂的凝胶，作为建筑物的保护屏障，以抵御野火损害。与目前可用的商业替代品相比，这种凝胶更耐用和有效。 由于气候变化导致更热和更干燥的条件，火灾季节越来越长，这导致了更大和更频繁的野火。近年来，毁灭性的野火摧毁了房屋和基础设施，给受影响地区的人们造成了巨大的生命和生计损失，同时也损害了自然资源和经济。我们需要创新解决方案来对抗野火并保护脆弱地区。 斯坦福大学的研究人员介绍了一种水增强凝胶，旨在喷洒在房屋和重要基础设施上，以保护它们免受野火影响。该研究的发现于8月21日发表在《先进材料》期刊上，表明这种新凝胶不仅持久，而且显著优于现有的商业凝胶。 “在正常的野火条件下，目前的水增强凝胶只在45分钟内干燥，”工程学院材料科学与工程的副教授、该研究的资深作者埃里克·阿佩尔表示。“我们开发了一种应用时间更长的凝胶——您可以在火灾发生前很久喷洒它，仍然能获得保护效果，并且在火灾来临时表现更好。” 持久的保护…

您的晨跑可能很快会为您的可穿戴技术产生足够的电力，这一切要归功于突破性的纳米技术。 感谢萨里大学开发的创新纳米技术，您的晨跑可能很快会产生足够的电力来为您的可穿戴设备充电。 来自萨里先进技术研究所（ATI）的研究人员创造了灵活的纳米发电机，这些发电机的能源效率极高，展示出的功率密度是标准纳米发电机的140倍。该团队相信这一进展可能会导致与现代太阳能电池板有效性相匹配的纳米设备。 萨里的这些设备能够将微小的机械能——如运动——转化为大量的电力，工作原理类似于放大器在音频系统中提升音效。举例来说，普通的纳米发电机可能产生10毫瓦的电力，而这项新技术可以提高到超过1000毫瓦，使其非常适合各种日常使用。 ATI的纳米发电机的功能类似于接力队——它不是依赖单一电极（跑步者）单独传输能量（电荷），而是每一个“跑步者”收集一个接力棒（电荷），放大它，然后传递下去，从而通过称为电荷再生效应的机制提高所收集的总能量。…

研究人员发现，无生命的水凝胶可以玩视频游戏《乒乓》，并随着经验的积累提高其游戏水平，相关报道发表于8月23日的《细胞报告物理科学》期刊。研究团队将水凝胶连接到虚拟游戏设置，并创建了一个反馈回路，将水凝胶的拍子（由水凝胶中带电粒子的排列定义）与通过电刺激确定的球的位置相连。经过练习，水凝胶的准确性提高了多达10%，从而导致更长的游戏拉锯战。研究人员指出，这表明无生命的材料可以表现出某种形式的“记忆”来更新对环境的理解；然而，在得出水凝胶能够“学习”的结论之前，需要更多的研究。 来自雷丁大学的机器人工程师、第一作者文森特·斯特朗表示：“离子水凝胶能够利用与更复杂的神经网络中发现的记忆机制相似的机制。我们证明了水凝胶不仅可以玩《乒乓》，而且还能随着时间的推移提升其表现。” 这项研究的动机来源于早期研究，表明实验室环境中的脑细胞在接收到有关其表现的电反馈时可以学习玩《乒乓》。 雷丁大学的生物医学工程师、通讯作者林义胜提到：“我们的研究探讨了简单的人工系统是否能够执行闭环计算，就像让我们的大脑正常运作的反馈回路一样。神经元和水凝胶都基于这样一个原则：离子的运动和分布可以作为记忆功能，与《乒乓》场景中的感觉-运动回路相连。在神经元中，离子在细胞内移动，而在水凝胶中，它们则在外部移动。” 水凝胶是复杂的聚合物，在水合时变得像果冻一样，明胶和琼脂是天然的例子。在这项研究中，研究人员采用了一种“电活性聚合物”，这意味着水凝胶因其周围介质中离子（带电粒子）的存在而对电刺激作出反应。当水凝胶受到刺激时，离子位置发生变化，并将水分子拉动，从而导致水凝胶暂时改变形状。…

研究人员在调查流星雨时发现，并非所有彗星在接近太阳时以相同的方式解体。最近的一项研究表明，这种行为差异源于40.5亿年前彗星形成时原行星盘的条件。一个由45名研究人员组成的国际团队调查了流星雨，发现彗星在接近太阳时表现出不同的行为。在本周发表在《伊卡洛斯》杂志上的一篇论文中，研究人员将这些差异归因于彗星形成时原行星盘的环境。 “我们在夜空中观察到的流星体与小卵石的大小相似，” 研究的主要作者、SETI研究所和NASA Ames的流星天文学家彼得·詹尼斯肯斯表示。“实际上，它们的尺寸与最终在我们太阳系形成过程中合并成彗星的卵石相同。” 随着我们的太阳系的发展，围绕年轻太阳的盘中的微小颗粒逐渐生长，直到它们达到卵石的大小。…

价电子的分布，即有机分子中最外层的电子，首次通过实验进行了研究。由于这些电子在原子之间的相互作用中起着关键作用，这一发现加深了我们对化学键的理解，这对制药和化学工程都具有重要意义。 来自日本名古屋大学的一个团队首次对有机分子中价电子的分布进行了实验研究。价电子主导着原子间的相互作用，因此，这一发现阐明了化学键的基本特征，这可能对药学和化学工程产生重要影响。研究结果已发表在《美国化学学会杂志》上。 电子在原子中的行为复杂，涉及到根据与原子核的距离不同而发挥不同作用的电子轨道。位于内壳的核心电子有助于原子的稳定性，并不与其他原子发生相互作用。相反，外部电子或价电子在与其他原子结合时主要决定了材料的特性。 要理解材料的属性，获得其价电子的数据至关重要。然而，实验上隔离这些信息面临挑战，研究人员往往不得不依赖理论模型和光谱学进行估算。 通过在SPring-8进行高能同步辐射X射线衍射实验，研究人员发现了一种选择性提取晶体中原子价电子密度的方法。…

一组科学家推出了一种突破性的透射电子显微镜，其时间分辨率高达惊人的一个阿秒，使他们能够捕捉到电子运动的第一张静态图像。 想象一下拥有一台如此先进的相机，它能在运动的电子上定格——这种实体的速度足以在一秒钟内绕地球多圈。亚利桑那大学的研究人员创造了世界上最快的电子显微镜，能够实现这一壮举。 研究人员相信，他们的创新将为物理、化学、生物工程和材料科学等领域带来革命性的变化。 “当你升级到最新的智能手机时，它通常配备了增强的相机，”物理学和光学科学的副教授穆罕默德·哈桑说道。“我们的透射电子显微镜就像最新智能手机中的顶尖相机；它使我们能够捕捉到以前超出我们视线的现象——例如电子。我们希望借助这台显微镜提高科学界对量子物理及电子的行为和运动的理解。” 哈桑带领物理与光学科学系的一个团队，在《科学进展》期刊上发表了题为“阿秒电子显微镜和衍射”的研究成果。参与合作的还有物理学助理教授尼古拉·戈卢别夫；共同第一作者、前研究助理、现任中国科学院西安光学与精密机械研究所的段丹辉；阿联酋大学校友、科威特大学物理助理教授侯赛因·阿尔卡坦；以及专注于光学和物理的研究生穆罕默德·塞纳里。…

一种源于1.3亿年前的昆虫物种引发了一项新的研究项目，旨在增强在无人机、机器人和太空卫星中的导航系统。 粪甲虫是已知的最早利用银河系在夜间导航的昆虫，使用特定的星座作为导向工具，在直线方向上滚动粪球，以避免竞争。 瑞典研究人员在2013年发现了这一点，而十年后，澳大利亚的工程师正在复制粪甲虫的方法，以创建一个能够在微弱光线条件下准确检测银河系方向的人工智能传感器。 南澳大利亚大学的远程感知工程师Javaan Chahl教授及其博士生团队利用计算机视觉揭示，银河系的亮光带在运动模糊影响下仍保持不变，与单个星星不同。…

研究人员利用机器学习评估了近年来全球变暖对美国及其他国家极端天气事件的影响。这种创新的方法可能会改变科学家分析和预测气候变化对严重天气影响的方式。 斯坦福大学和科罗拉多州立大学的团队设计了一种快速且经济高效的技术，用于检视具体极端天气事件如何受到全球变暖的影响。他们的研究结果发表在8月21日的《科学进展》上，利用机器学习评估了全球变暖在多大程度上加剧了美国和全球的热浪。这种方法显示出高度的准确性，可能会重新定义科学家研究和预测气候变化对各种极端天气情景的影响的方式。此外，这些发现可能有助于制定气候适应策略，并且与寻求气候相关损失赔偿的法律案件相关。 “极端天气对人类健康、基础设施和生态系统的影响是显而易见的，”这项研究的主要作者、斯坦福大学多尔可持续发展学院的地球系统科学博士生贾里德·特罗克表示。“为了创造有效的解决方案，我们需要更清晰地了解全球变暖如何推动这些极端条件的变化。” 特罗克和他的同事指导AI模型使用区域天气数据和全球平均温度预测每日最高气温。他们使用来自气候模拟数据库的大量数据对这些模型进行了训练，涵盖了1850年至2100年。在训练和验证后，AI模型应用于特定近期热浪的实际数据，使研究人员能够评估这些热浪在不同全球变暖水平下的热度。通过将这些预测与各种变暖情景进行比较，他们估算了气候变化对过去天气事件频率和强度的影响。 案例研究及其延伸…