Što kad morate ukucati osjetljive financijske podatke na internetsku stranicu vama nepoznatog dobavljača? Imate li dovoljno povjerenja da im ostavite broj svoje kreditne kartice ili upišete lozinku? Istraživači Sveučilišta u Beču nude odgovor u obliku bezuvjetno sigurnog sustava za obavljanje transakcija. Ovo rješenje spaja suvremene kriptografske metode s inherentnim svojstvima kvantne svjetlosti, a demonstracija takvih "kvantno-digitalnih plaćanja" u realističnom okruženju predstavljena je u časopisu Nature Communications.

Kako bi omogućili apsolutno sigurna digitalna plaćanja, oni su klasične kriptografske tehnike zamijenili kvantnim protokolom koji iskorištava pojedinačne fotone. Tijekom klasične digitalne platne transakcije klijent dijeli klasični kod sa svojim pružateljem usluga, na primjer bankom ili kartičarskom kućom. Ovaj kriptogram se zatim prosljeđuje između kupca, trgovca i pružatelja usluga plaćanja. 

Kriptogram se generira tako što pružatelj plaćanja klijentu šalje posebno pripremljene pojedinačne fotone, pri čemu postavke mjerenja ovise o parametrima transakcije. Budući da se kvantna stanja svjetlosti ne mogu kopirati, transakcija se može obaviti samo jednom. To, zajedno s činjenicom da svako odstupanje od planiranog plaćanja mijenja rezultate mjerenja, čini ovo digitalno plaćanje bezuvjetno sigurnim.

Bežično punjenje na daljinu 

Na Sveučilištu Aalto razvili su bolji način bežičnog punjenja na velikim daljinama. Tamošnji inženjeri optimizirali su način na koji antene međusobno djeluju, koristeći se fenomenom "suzbijanja zračenja" (radiation suppression) i o tome izvijestili u časopisu Physical Reviev Applied.  

Punjenje na kratkim udaljenostima, primjerice putem indukcijskih jastučića, koristi magnetska polja za prijenos energije s visokom učinkovitošću, ali ta učinkovitost dramatično pada na većim udaljenostima. No, istraživanja su pokazala da se visoka učinkovitost može održati i na velikim udaljenostima, potiskivanjem otpora zračenja petljastih antena koje šalju i primaju energiju. 

Prethodno je isti laboratorij stvorio višesmjerni bežični sustav punjenja koji je omogućio punjenje uređaja u bilo kojoj orijentaciji. Sada su proširili taj rad s novom dinamičkom teorijom bežičnog punjenja koja pomnije promatra i bližu (neradijativnu) i daleku (radijativnu) udaljenost i uvjete. Dokazali su da se visoka učinkovitost prijenosa, veća od 80 posto, može postići i na udaljenostima približno pet puta većim od veličine antene, koristeći optimalnu frekvenciju unutar raspona od sto megaherca.

Vodik iz sunčeve svjetlosti

Kemičari i biomolekularni inženjeri Sveučilišta Rice osmislili su uređaj koji koristiti sunčevu svjetlost za proizvodnju vodika, uz rekordnu učinkovitost od 20,8 posto.

Ova fotoelektrokemijska ćelija, opisana u časopisu Nature Communications, kombinira halogenidne perovskitne poluvodiče s elektrokatalizatorima u jednom, izdržljivom, ekonomičnom i skalabilnom uređaju. Integrirani fotoreaktor koristi antikorozivnu barijeru koja izolira poluvodič od vode bez ometanja prijenosa elektrona. 

Samoizlječivi solarni paneli

Perovskitne solarne ćelije (PSC) pokazale su puno potencijala za upotrebu u svemiru: lagane su i relativno lake za izradu te prilično učinkovito pretvaraju sunčevo zračenje u električnu energiju. Problem je kako izdržati visokoenergetsku baražu protonskih čestica u svemiru. Istraživači Sveučilišta u Sydneyu i australskog Centra za akceleratorsku znanost misle da su pronašli rješenje i o tome izvijestili u časopisu Advanced Energy Materials.  

Eksperimenti su otkrili da je materijal za prijenos rupa (HTM) u PSC-u ključan za to koliko štete može pretrpjeti i koliko dobro može zacijeliti. HTM olakšava kretanje rupa u solarnim ćelijama, omogućujući im da ostanu odvojene i da se proizvodi električna energija. Pokazalo se da su dva posebna tipa HTM-a i jedan tip dopanta najotporniji na oštećenja protonskim zračenjem. Pažljivo konfiguriran, HTM također može omogućiti samoozdravljenje panela čak do 100 posto učinkovitosti.

Ovo liječenje događa se kroz proces žarenja, odnosno primjenom topline u vakuumu. Da bi to doista profunkcioniralo trebat će još puno istraživanja, ali ova studija pokazuje da je to  moguće i da bismo jednog dana mogli imati svemirske letjelice koje pokreću solarni paneli koji se mogu sami popraviti.  

Ekološki prihvatljiva programabilna bioelektronika

Istraživači su stvorili jedinstveni mikroskopski alat "zelenih" podesivih električnih komponenti, utirući put novoj generaciji bioelektroničkih uređaja i senzora. Studija Sveučilišta u Bristolu, objavljena u The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), pokazuje kako napraviti vodljive, biorazgradive žice od dizajniranih proteina. One bi mogle biti kompatibilne s konvencionalnim elektroničkim komponentama izrađenima od bakra ili željeza, kao i s biološkim strojevima odgovornima za stvaranje energije u svim živim organizmima.

Prilikom dizajniranja jednostavnih građevnih blokova koji se mogu kombinirati u duže proteinske lance poput žice za provođenje elektrona korišteni su napredni računalni alati. Za njihovu proizvodnju korištene su bezopasne bakterije, eliminirajući potrebu za potencijalno složenim i ekološki štetnim postupcima koji se obično koriste u proizvodnji sintetičkih molekula.

Strukture ovih žica vizualizirane su pomoću proteinske rendgenske kristalografije i elektronske krio-mikroskopije (cryo-EM) koje omogućuju pregled struktura do najsitnijih detalja. Tako su nastale slike najmanjeg pojedinačnog proteina. Ove nanožice mogle bi se koristiti u izradi biosenzora za dijagnozu bolesti, biotehnoloških katalizatora i umjetnih fotosintetskih proteina za hvatanje sunčeve energije.

Fino podešavanje robota

Nova tehnika, nastala zajedničkim radom robotičara MIT-a, Sveučilišta New York i Kalifornijskog sveučilištu u Berkeleyju, omogućuje ljudima da brzo nauče robota što žele da radi, uz minimalan napor. Nakon prvog neuspjeha, sustav koristi algoritam za generiranje objašnjenja koja opisuju što je potrebno promijeniti da bi robot uspio.

Te podatke pokazuje čovjeku i traži povratne informacije kako na temelju njih generirao nove podatke koje će iskoristiti za fino podešavanje robota. To fino podešavanje uključuje ugađanje modela strojnog učenja koji je već obučen za obavljanje jednog zadatka, tako da može izvršiti drugi, sličan zadatak.

Simulacije su pokazale da se ovom tehnikom robote može podučavati učinkovitije nego drugim metodama, s boljim rezultatima u kraćem vremenu. Štoviše, ovakav način podučavanja robota od korisnika ne zahtijeva tehničko znanje. Dugoročno, to bi moglo olakšati robotima opće namjene učinkovito obavljanje svakodnevnih zadataka kod skrbi za starije ili osobe s invaliditetom.

Beskonačno recikliranje pomoću bakterija

Zasluge: Jeremy Demarteau/Berkeley Lab
Znanstvenici Berkeley Laba uzgojii su mikrobe kako bi proizveli biološku alternativu sastojaka plastike koja se može beskonačno reciklirati. Proces izrade ovih polidiketoenamina (PDK) opisan je u časopisu Nature Sustainability.  

Za razliku od tradicionalne plastike, PDK se može više puta razgraditi u netaknute građevne blokove i oblikovati u nove proizvode bez gubitka kvalitete. PDK-ovi su u početku koristili građevne blokove dobivene iz petrokemijskih proizvoda, ali ti se sastojci umjesto toga mogu redizajnirati i proizvesti pomoću mikroba. Sada, nakon četiri godine truda, suradnici su manipulirali E. coli da pretvore šećere iz biljaka u neke od početnih materijala, molekulu poznatu kao bioTAL, i proizveli PDK s otprilike 80% bio-sadržaja.

PDK-ovi se mogu koristiti za izradu ljepila, računalnih kabela, remena za satove, građevinskih materijala, ali  i čvrstih duroplasta, krute plastike napravljenu postupkom stvrdnjavanja. Ugradnja bioTAL-a u materijal proširila je i njegov radni temperaturni raspon u usporedbi s petrokemijskom verzijom, što znači da bi se mogao ugrađivati i u raznu sportsku opremu i automobilske dijelove poput branika ili instrumentne ploče.

Uz skromna poboljšanja proizvodnog procesa uskoro bi se mogla proizvoditi PDK plastiku na biološkoj osnovi koja je jeftinija i emitira manje CO2 od one napravljene od fosilnih goriva, kažu njeni tvorci. Ta bi poboljšanja uključivala ubrzavanje brzine kojom mikrobi pretvaraju šećere u bioTAL, korištenjem bakterija koje mogu transformirati veći izbor šećera biljnog podrijetla i drugih spojeva te napajanje postrojenja obnovljivom energijom. 

Toplinska detekcija čini noć jasnom kao dan

Nova tehnologija koja uključuje detekciju topline za poboljšanje računalnog vida i sustava za određivanje udaljenosti, opisana u časopisu Nature, omogućuje poboljšanu percepciju i identifikaciju objekata noću i mogla bi se primijeniti u navigaciji autonomnih vozila. Istraživači Sveučilišta Purdue razvili su HADAR, sustav  detekcije koji koristi toplinsku fiziku i strojno učenje kako bi poboljšao skretanja i snalaženje u mraku.

HADAR se još uvijek muči s prikupljanjem podataka u stvarnom vremenu, zamućenjem pokreta, ali i visokom cijenom izrade, ali njegovi tvorci vjeruju u njegovu široku primjenu, od automatizirane navigacije do praćenja divljih životinja.

Jednofotonske kamere koje gledaju u mozak 

Kamere temeljene na supravodiču koje mogu detektirati jedan foton postoje već 20 godina, ali su ostale ograničene na laboratorije zbog nemogućnosti skaliranja preko nekoliko piksela. Kad bi ih se uspjelo povećati, te jednofotonske kamere mogle bi se koristiti za snimanje svemira u nekom budućem teleskopu tipa James Webb, za mjerenje svjetlosti u fotonskim kvantnim računalima i komunikacijama, a pomoću njih moglo bi se i zaviriti u ljudski mozak neinvazivnim tehnikama temeljenim na svjetlosti.

Da smo sve bliže optičkom oslikavanju mozga pokazao je preprint rada objavljenog na arXivu. Naime, istraživači Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) u američkom Boulderu uspjeli su izraditi jednofotonsku kameru od 0,4 megapiksela, 400 puta veću od prethodne najveće kamere te vrste. Supravodljivi detektori nanožica mogu uhvatiti gotovo svaki foton, raditi na vidljivim, ultraljubičastim i infracrvenim frekvencijama i rezultate izbaciti u samo nekoliko pikosekundi. 

Veliko poboljšanje veličine otvara mnoge primjene, posebice u biomedicinskim slikama. Za usmjeravanje svjetla u ljudsko tkivo idealne su frekvencije bliske infracrvenim jer prodiru dublje u tkivo i manje su destruktivni, što omogućuje veći intenzitet. Ekipa s NIST-a blisko surađuje s raznim istraživačima bioimaginga kako bi uređaj prilagodili njihovim posebnim potrebama. 

Svjetla budućnost interneta i prijenosa podataka

Nove internetske tehnologije ubrzano se usavršavaju, a neki budućnost vide u komunikacijskim vezama temeljenim na LED-u, od Li-Fi tehnologije koja za  za prijenos podataka koristi spektar vidljivog svjetla, preko podvodne komunikacije i fotonskih veza umjerenih do velikih brzina do komunikacije IoT uređaja.

Znanstvenici Sveučilišta Surrey i Sveučilišta Cambridge istraživali su kako osloboditi fotonske izvore velike brzine koristeći metal-halid perovskite, poluvodiče izvrsnih optoelektroničkih svojstava. Studija, objavljena u časopisu Nature Photonics, pokazala je kako bi metal halidni perovskiti (MHP) mogli biti isplativo i moćno rješenje za izradu LED-ica koje imaju ogroman potencijal za povećanje propusnosti do razine gigaherca.

Ova istraživanja trebala bi ubrzati razvoj perovskitnih fotodetektora velike brzine i perovskitnih lasera s kontinuiranim valovima i potaknuti napredak optoelektroničkih tehnologija, vjeruju istraživači.