Dok se navikavamo na robote vješte u verbalnoj komunikaciji, njihove neverbalne komunikacijske vještine, posebice izrazi lica, daleko zaostaju. Projektirati robota koji ne samo da može napraviti širok raspon izraza lica, već i znati kada ih treba upotrijebiti, težak je zadatak na kojem inženjeri Creative Machines Laba pri Columbia Engineeringu rade već pet godina. Tako je nastao Emo, silikonski obloženo robotsko lice koje uspostavlja kontakt očima i koristi dva modela umjetne inteligencije za repliciranje nečijeg osmijeha i predviđanje izraza 840 milisekundi prije nego što se osoba zaista nasmiješi.

Emo je, piše Science Robotics, opremljen s 26 pokretača koji omogućuju širok raspon nijansiranih izraza lica. Glava je prekrivena mekom silikonskom kožom s magnetskim sustavom pričvršćivanja, što omogućuje jednostavno prilagođavanje i brzo održavanje. Za realističnije interakcije, istraživači su integrirali kamere visoke razlučivosti unutar zjenice svakog oka, omogućujući Emu da uspostavi kontakt očima, ključan za neverbalnu komunikaciju.

Istraživači su stavili Ema ispred kamere i pustili ga da radi nasumične pokrete. Nakon nekoliko sati robot je naučio odnos između njihovih izraza lica i motoričkih naredbi, otprilike onako kako ljudi vježbaju izraze lica gledajući se u ogledalo. To je ono što tim naziva "samomodeliranjem", slično našoj ljudskoj sposobnosti da zamislimo kako izgledamo kad napravimo određene izraze.

"Približavamo se budućnosti u kojoj se roboti mogu neprimjetno integrirati u naše svakodnevne živote, nudeći društvo, pomoć, pa čak i empatiju", kažu istraživači koji uz pomoć velikog jezičnog modela poput ChatGPT-a sad rade na integraciji verbalne komunikacije u Emo. 

Vječni plamen kineske plazma baklje

Istraživači kineskog Hefei instituta za fizičku znanost (HFIPS) uspješno su produžili životni vijek plazmene baklje s nekoliko stotina sati na nekoliko godina. Riječ je o, kažu, dosad najdugovječnijoj plazmenoj baklji. Ovi uređaji stvaraju toplinsku plazmu zbog čega se koriste u mnogim područjima, od metalurgije s niskim udjelom ugljika, preko sferoidizacije praha i pripreme ugljičnog materijala do naprednog raspršivanja materijala. Međutim, širu primjernu koči njihov ograničen životni vijek jer konvencionalne fiksne katode zahtijevaju zamjenu nakon svakog pražnjenja.

No, sad su kineski istraživači razvili sustav katode s kontinuiranim punjenjem koji omogućava brzu nadopunu istrošene katode, što pak nudi gotovo neograničenu radnu dugovječnost plazmenog plamena. Ovo rješenje istovremeno nadilazi pet velikih prepreka: električnu vodljivost, toplinsku vodljivost, brtvljenje, vodeno hlađenje i kontinuirani pogonski mehanizam, kažu istraživači najavljujući novu eru učinkovitosti i održivosti plazma baklji.

Energija iz svjetlosti i suza

Oko je pravi izazov za dizajn elektronike: s jednom od najvećih gustoća živaca od svih ljudskih tkiva, rožnica je 300 do 600 puta osjetljivija od naše kože. Istraživači su razvili male, fleksibilne čipove, ali razvoj koče problemi s njihovim napajanjem, poput noćnog indukcijskog punjenja i rješenja koja se oslanjaju na neku vrstu vanjske baterije.

Na Sveučilištu u Utahu nude bolje rješenje: sve-u-jednom hibridnu jedinicu za proizvodnju energije posebno dizajniranu za tehnologiju koja se temelji na oku. Oni su naime u časopisu Small opisali sustav koji fleksibilnu silikonsku solarnu ćeliju kombinira s novim uređajem koji suze pretvara u dovoljno električne energije za rad pametnih kontaktnih leća i drugih očnih uređaja.

Izradili su minijaturizirane, fleksibilne silikonske solarne ćelije koje hvataju svjetlost Sunca i svjetiljki; povezali su osam sićušnih (1,5 x 1,5 x 0,1 milimetar) krutih kristalnih ćelija i inkapsulirali ih u polimer kako bi dobili fleksibilan fotonaponski sustav. Sustav se aktivira treptanjem i funkcionira poput baterije metal-zrak, a prirodne suze, odnosno elektroliti u njima služe kao biogorivo za stvaranje energije.  

Inteligentna tekućina

Istraživači Harvardovog SEAS-a razvili su programabilni tekući metal s podesivom elastičnošću, optičkim svojstvima, viskoznošću pa čak i sposobnošću prijelaza između newtonske i nenewtonske tekućine. Prvi metafluid takve vrste, opisan u časopisu Nature, koristi suspenziju malih elastomernih kuglica, između 50 i 500 mikrona, koje se savijaju pod pritiskom, radikalno mijenjajući karakteristike tekućine. 

Istraživači su tekući metal ubacili u hidrauličku robotsku hvataljku koja je potom podigla staklenu bocu, jaje i bobicu borovnice. Demonstrirali su i fluidna logička vrata koja se mogu reprogramirati promjenom tekućeg metala koji mijenja svoja optička svojstva kad je izložen promjenjivim pritiscima. Kad su kapsule okrugle, one raspršuju svjetlost, čineći tekućinu neprozirnom, a kad se skupe, ponašaju se poput mikroleća, fokusirajući svjetlost i čineći tekućinu prozirnom. 

3D karta svemira

Mjereći širenje kozmosa u posljednjih 11 milijardi godina, međunarodni tim istraživača stvorio je najveću i najdetaljniju 3D kartu svemira. Ova je karta nastala u sklopu istraživanja Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) koje je prošle godine objavilo prve uvide u tamnu energiju, tajanstvenu silu koja stoji iza širenja svemira. Koristeći ove podatke, DESI je napravio i dosad najpreciznija mjerenja brzine širenja svemira kroz povijest.

Istraživači sad mogu izmjeriti longitudinalni i latitudinalni položaj svake galaksije, kao i njezin jedinstveni svjetlosni "otisak" promatran mjerenjem prisutnosti kemijskih elemenata poput vodika, kisika i dušika. A kad su dobili milijune položaja i udaljenosti na nebu, stavili su svaku galaksiju na njezinu lokaciju u odnosu na Zemlju i tako izradili ovu doslovnu 3D kartu.

Savitljivi materijal za nosivu elektroniku 

"Na rubu smo revolucije u nosivoj tehnologiji. Naš bi napredak mogao dovesti do gadgeta koji nisu samo fleksibilniji, već i mnogo prilagodljiviji našim svakodnevnim potrebama", pohvalili su se ovih dana istraživači korejskog POSTECH-a, Sveučilišta Sungkyunkwan (SKKU) i Sveučilišta u Seulu (UOS). Oni su naime na stranicama časopisa Advanced Materials predstavili svoje rješenje s kojim bi pametne telefone ubuduće mogli nositi kao fleksibilne trake oko ruke. I koji bi se uz to mogli puniti samim nošenjem.

Istraživači su proučili mogućnosti mezoporoznih metalnih oksida (MMO) koji se koriste za pohranu energije visokih performansi, ali se teško integriraju na nosive i fleksibilne uređaje jer ne mogu održati svoj integritet na povišenim temperaturama na kojima bi se MMO-i mogli sintetizirati. Iskoristili su sinergijski učinka topline i plazme za sintetiziranje različitih MMO-a na fleksibilnim materijalima na puno nižim temperaturama. Tako izrađeni uređaji, kažu, mogli bi se savijati tisuće puta bez gubitka performansi.

Elektronički materijal otporan na udarce

Mnogi materijali koji provode struju, poput metala, obično su tvrdi, kruti ili lomljivi. Zbog toga su istraživači razvili razne načine za izradu mekih i savitljivih verzija uz pomoć konjugiranih polimera, dugih vodljivih molekula nalik špagetima. Nažalost, većina tih fleksibilnih polimera raspada se pod ponovljenim, brzim ili snažnim udarcima. No, čini se da su istraživači Kalifornijskog sveučilišta u Mercedu uspjeli doskočiti tom problemu. 

Nadahnuti kašom od kukuruznog škroba oni su osmislili meki, fleksibilni materijal s "adaptivnom izdržljivošću", što znači da postaje jači kada se udari ili rastegne. Materijal, predstavljen na proljetnom sastanku Američkog kemijskog društva ACS Spring 2024, ujedno provodi elektricitet, što ga čini idealnim za sljedeću generaciju nosivih ili personaliziranih medicinskih senzora.

Smiješali su vodenu otopinu od četiri polimera, dva s pozitivnim i dva s negativnim nabojem koji se zapetljaju i otkrili da novi materijal pod udarcima postaje rastezljiviji i čvršći. Čini se, kažu, da apsorbira energiju udarca i spljošti se kada se udari, ali se ne rascijepi. 

Samočisteći solarni paneli

Slojevi prašine i raznih prljavština koji se talože na solarnim ćelijama mogu dramatično smanjiti njihovu učinkovitost. Tradicionalno, ploče se čiste ručno, što je skup i radno intenzivan proces, posebno u pustinjama i drugim udaljenim instalacijama. No, sad su istraživači korejskog Instituta za znanost i tehnologiju Daegu Gyeongbuk (DGIST) predstavili uređaj koji poboljšava proizvodnju solarne energije tako što panele čisti koristeći snagu vjetra.

Osnovni element ovog rješenja je triboelektrični nanogenerator (TENG) koji električnu energiju visokog napona stvara iskorištavanjem energije trenja vjetra i pritom okreće mali rotor. Veće brzine vjetra dovode do mnogo većeg izlaznog napona, s testovima koji pokazuju generiranje do 2300 volti. Energiju koja se obično gubi zbog trenja ovaj uređaj usmjerava u čišćenje samih solarnih panela koji pomažu u stvaranju energije. Nakon što je samonapajani EDS uklonio prljavštinu i prašinu, učinkovitost solarnih ćelija vraćena za najmanje 90%, pokazali su prvi testovi.

Monocikl na dvije noge

Kotači i noge imaju svoje prednosti pa zašto ne kombinirati oboje, pomislili su zaposlenici Graingerovog inženjerskog koledža na Sveučilišta Illinois u Urbana-Champaignu i osmislili Ringbota, robota s dvije noge. Hibridni mehanizam noge i kotača omogućuje robotu da se uhvati u koštac s različitim terenima, od urbanih područja do zatvorenih okruženja. Sposobnost robota da manevrira kroz uske prostore znači da se ovaj dizajn može prilagoditi za dostavu u zagušenim okruženjima.

Ovo nije prvi robot koji kombinira noge s kotačem, ali Ringbot bi mogao biti inspiriran monociklima. Za ljudske vozače monocikli predstavljaju mnoge izazove: kotač je obično izravno u središtu vidnog polja, a može ih biti teško okretati i kontrolirati pri nižim brzinama. Dizajn Ringbota, opisan u IEEE Transactions on Robotics, izbjegava neke od ovih zamki. Veliki kotač naime služi i kao okvir tijela samog robota, dok integrirane noge pomažu monociklu da se uravnoteži i spriječi padove. 

Inženjeri sad robotu planiraju dodati još dva uda kako bi mogao držati pakete dok se nogama kreće po tlu. Tako će, kažu, Ringbot imati sposobnost brze navigacije cestama na kotaču i prelaziti stepenice i neravne terene koristeći svoje noge.

Nova računalna tehnika stvaranja proteina

Kako bi konstruirali proteine ​​s korisnim funkcijama, istraživači obično započinju s prirodnim proteinom koji ima željenu funkciju, poput emitiranja fluorescentnog svjetla, i prolaze kroz mnoge krugove nasumičnih mutacija koje na kraju generiraju optimiziranu verziju proteina. Ovaj proces je iznjedrio optimizirane verzije mnogih važnih proteina, uključujući zeleni fluorescentni protein (GFP). Međutim, pokazalo se da je za druge proteine ​​teško generirati optimiziranu verziju. MIT-ovi istraživači sad su razvili računalni pristup koji olakšava predviđanje mutacija koje će dovesti do boljih proteina, na temelju relativno male količine podataka.

Koristeći ovaj model, generirali su proteine ​​s mutacijama za koje se predviđalo da će dovesti do poboljšanih verzija GFP-a i proteina iz adeno-pridruženog virusa (AAV) koji se koristi za isporuku DNK za gensku terapiju. Istraživači se nadaju da bi se mogao koristiti i za razvoj dodatnih alata za neuroznanstvena istraživanja i medicinske primjene. Rad će biti predstavljen na nadolazećoj Međunarodnoj konferenciji o prikazima učenja, a dotad se može pronaći na arXivu.  

Praćenje glukoze uz pomoć kompasa

Magnetometar, odnosno ugrađeni kompas, nalazi se u gotovo svim današnjim mobitelima kako bi detektirao smjer Zemljinog magnetskog polja i pružio vitalne navigacijske informacije. Zahvaljujući novom rješenju, opisanom u časopisu Nature Communications, standardni magnetometar za mobitel sada ima potpuno drugačiju namjenu i mobilnim telefonima omogućuje mjerenje razine glukoze, markera za dijabetes.

Istraživači Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju su na telefon pričvrstili minijaturnu jažicu s otopinom i traku hidrogela koji reagira na prisutnost glukoze ili pH vrijednosti.

Koristeći ovu metodu, uspjeli su otkriti koncentracije glukoze do nekoliko milijuntih dijelova mola. Prema istraživačima, dok se kap krvi može koristiti za praćenje glukoze kod kuće, tako velika osjetljivost može na kraju omogućiti rutinsko testiranje glukoze u slini, koja ima daleko nižu koncentraciju šećera. Istraživači tvrde i da će uskoro moći otkriti histamine, određene proteine i DNK u koncentracijama niskim nekoliko desetaka nanomola.

Mikroroboti od mikroalgi

Znanstvenici Instituta za nanofotoniku kineskog Sveučilišta Jinan razvili su strategiju kojom se sveprisutna mikroalga Euglena gracilis transformira u mekanog bio-mikrorobota (ebota) kojim se upravlja plavim LED svjetlom. Postupak su objasnili u radu koji objavljuje Light: Science & Application.  

Ova mikroalga lako se prilagođava okolišu i slobodno se kreće ali bez mogućnosti kontrole. No kako je njen fotoreceptor osjetljiv na plavu svjetlost, istraživači su iskoristili plavo LED svjetlo sa središnjom valnom duljinom od 450 nm za kontrolu Euglene gracilis.

Svjetlosno kontrolirana navigacija i deformacija omogućuje ebotu da lako prolazi kroz uske i zakrivljene mikrokanale te ciljano isporučuje lijekove i selektivno uklanjanja oboljele stanice u crijevnoj sluznici. A kako je Euglena gracilis bogata klorofilom, ebot može izvesti fotosintezu za proizvodnju kisika pod svjetlosnim zračenjem te pod svjetlosnim zračenjem na valnoj duljini od 670 nm izvesti preciznu fotodinamičku terapiju na stanicama raka u ciljanim područjima.