Les subestacions amb aparellatge d'aïllament amb gas (GIS) milloren la resiliència del DSO.

La resiliència es defineix com "un mitjà per resistir i recuperar-se ràpidament donada una interrupció". La "xarxa elèctrica del futur" ha de ser resilient, per tant, també ho han de ser les subestacions elèctriques per poder operar de forma segura i fiable, independentment dels entorns on estiguin localitzades. Els esforços de millora de les xarxes elèctriques, han de permetre millorar la fiabilitat de les subestacions i també, millorar de manera inherent una determinada resposta d'emergència perquè així, sigui possible millorar les estratègies de restabliment del servei elèctric relacionades amb les avaries produïes per causes naturals o humanes que podrien malmetre les subestacions elèctriques.

Els incidents elèctrics per fenomens naturals, com poden ser una meteorologia severa, són la principal causa de falles del servei. Hi ha una sèrie d'avaries naturals que poden causar danys amb un alt impacte en una subestació elèctrica, incloent les tempestes, els terratrèmols, les inundacions, etc. La gravetat i l'impacte de les avaries provocades per les fortes tempestes amb forts vents, provoquen que els DSO analitzin les estratègies del disseny de les subestacions per limitar els  potencials danys de tals esdeveniments.

Pel que fa als atacs físics causats per l'home, com podria ser l'activitat delictiva dirigida a les subestacions elèctriques, poden ser incidents amb un alt impacte que provoquen importants danys  i també, tenen efectes duradors en el temps. Com a resultat dels recents atacs criminals realitzats en les subestacions crítiques, molts DSO han començat a estudiar estratègies en el disseny per mitigar aquests efectes relacionats a potencial activitats criminals dirigides a les subestacions, juntament amb la limitació del possible dany de les subestacions, a causa dels incidents provocats pers causes naturals.

Històricament, els dissenys de la subestació s'han basat en pràctiques d'enginyeria estandarditzades de tecnologia tradicional d'aïllament al aire. Tenint en compte els reptes associats a les amenaces que suposen els incidents físics per les causes nauturals i humanes amb un alt impacte, molts DSO utilitzen tecnologies amb aparellatge amb aïllament gas, com una solució més resistent per així enfortir la  infraestructura de la subestació.

La clau per dissenyar una subestació veritablement resistent, passa per avaluar metòdicament el que podria passar i identificar les vulnerabilitats dins de la subestació que cal abordar. Tot i que els requisits del NERC estan enfocats a fer front a un atac físic, les subestacions fallen també per altres motius. La majoria dels DSO s'aproximen a fer una avaluació i una planificació posterior des d'una perspectiva més holística que inclou l'atac físic, els desastres naturals o simplement les falles relacionats amb l'obsolescència de l'equipament.

La prevenció més efectiva de danys més catastròfics a les subestacions es pot aconseguir utilitzant aparells d'aïllament en gas (GIS) com a part del disseny de les subestacions crítiques per a la xarxa elèctrica i vulnerables a les principals amenaces.

La tecnologia GIS, proporciona al DSO un disseny de subestació pre-dissenyat que permet emprar mètodes de construcció de subestacions, que redueixen l'impacte de les amenaces físiques causades per l'home i milloren la resiliència.

Dissenyar una subestació que sigui realment immune a la majoria de les amenaces físiques causades per l'home és un repte. Els dissenys GIS són un mètode eficaç per protegir una subestació i els seus equips elèctrics associats per danys greus d'un atac físic maliciós o/i humà.

La utilització de dissenys d'aïllament de gas és un mètode eficaç per protegir una subestació i els seus equips elèctrics. Al mateix temps, és una estratègia rendible que dóna lloc a una major major fiabilitat, a causa de la reducció de l'àrea de subestació.

Font: IEEE SmartGrid

Full de ruta pel desenvolupament de la xarxa quàntica

Una Internet Quàntica, podria ser la primera tecnologia d'informació quàntica que es faci realitat. Investigadors del QuTech a Delft (Països Baixos), han publicat una guia completa sobre aquest objectiu a Science. Es descriuen sis fases,  que comencen per simples xarxes de qubits que ja podrien permetre comunicacions segures quàntiques. El desenvolupament s'acaba amb les xarxes de computadores quàntiques connectades entre si. En cada fase,  noves aplicacions estaran disponibles, com serien la sincronització, que ha de ser extremadament precisa o la integració de diferents telescopis a la Terra per esdevenir com un super telescopi virtual. Aquest treball crearà un llenguatge comú que lligarà l'àmbit altament interdisciplinari de la xarxa quàntica per aconseguir el somni d'una internet quàntic a nivell mundial.

La internet quàntica, revolucionarà la tecnologia de la comunicació explotant fenomens de la física quàntica, com és l'entrellaçament. Els investigadors treballen en aquesta tecnologia que permet la transmissió de bits quàntics entre dos punts de la Terra. Aquests bits quàntics poden ser zero i un al mateix temps, i es poden entrellaçar: els seus destins es fusionen de manera que una operació en un dels qubits afecti instantàniament a l'estat de l'altre.

Això comporta dues característiques que probablement estan fora de l'abast de la Internet que es coneix avui. El primer és que l'entrellaçament permet una millor coordinació entre llocs distants. Això fa que sigui extremadament adequat per a tasques com la sincronització  o la vinculació de telescopis distants per obtenir millors imatges. El segon és que l'entrellaçament és inherentment segur. Si dos bits quàntics estan entrellaçats al màxim, llavors res més a l'univers pot afectar a aquest entrellaçat. Aquesta característica fa que l'entrellaçament, sigui adequat únicament  per a aplicacions que requereixin seguretat i privadesa.

Es coneixen moltes altres aplicacions d'una Internet quàntica, i és probable que es descobreixin més quan les primeres xarxes entrin en funcionament. Els investigadors de QuTech, conjuntament amb la col·laboració de la Universitat de Tecnologia de Delft i l'organització holandesa per a la investigació científica aplicada TNO, han establert  etapes de desenvolupament d'Internet quàntic distingides per les capacitats tecnològiques i les seves corresponents aplicacions.

Un qbit, es l'etapa més baixa d'una xarxa real quàntica. Això, permet el lliurament extrem a extrem de bits quàntics entre dos nodes d'una xarxa. Això ja és suficient per donar suport a moltes aplicacions criptogràfiques d'una xarxa quàntica. L'etapa més alta és un objectiu a llarg termini amb la finalitat de connectar grans ordinadors quàntics sobre els quals es poden executar aplicacions arbitràries quàntiques .

A més de proporcionar una guia per a un major desenvolupament, el treball planteja reptes, tant als esforços d'enginyeria com al desenvolupament d'aplicacions. D'una banda, seria ideal construir etapes cada vegada més avançades d'aquest tipus a la xarxa. D'altra banda, els desenvolupadors de programari quàntic s'enfronten en com reduir els requisits dels protocols d'aplicació, de manera que ja puguin treballar amb les capacitats tecnològiques més modestes corresponents a un estadi inferior. Aquest treball estableix un llenguatge comú molt necessari entre el camp altament interdisciplinari de la xarxa quàntica que abasta la física, la informàtica i l'enginyeria.

Les primeres xarxes quàntiques reals, que permeten la transmissió extrem a extrem de bits quàntics , s'espera que estiguin disponibles en els propers any.

Font: Universitat de Tecnologia de Delft

Combinant models matemàtics i físics permetran dissenyar i perfeccionar els vehicles de vol

Per dissenyar vehicles voladors, hi ha molts aspectes dels quals es poden estar segurs, però també hi ha moltes incerteses. La majoria es basen en l'atzar, i altres els manca una adequada entesa. Per això, el Professor Harry Hilton de la Universitat d'Illinois va reunir diverses teories matemàtiques i físiques per ajudar a examinar els problemes d'una manera més unificada i resoldre així, problemes d'enginyeria física.

Hi han moltes equacions perquè hi han molts fenomens de manera que, esdevenen com un intent de descriure matemàticament els fenomens físics perquè es puguin resoldre dona a que, les paraules soles no ho resolen. En aquest cas, el problema o repte, és com es construeix un vehicle de vol perfecte per a missions i propòsits específics.

Si no s'utilitza el model adequat, la resta es converteix en un exercici inútil. Pot ser un model que sigui autoconsistent però que no tingui cap realitat, però, l'única manera de validar un model és executar experiments i fins i tot, introduir una altra realitat a la idea inicial de l'experiment i no del vehicle volador o l'avió real. Per tant, cadascun d'ells és una idealització.

Hilton va començar per analitzar la teoria de  Vinci-Euler-Bernoulli sobre la flexió elàstica. És determinista, és a dir, determina el que és cert amb una probabilitat d'1, basat en un conjunt d'equacions que donen un conjunt de respostes  A això, s'afegeix la teoria de Timoshenko que traca la implicació de la càrrega  i altres propietats realistes com podria ser, el cisallament del vent. Hilton combina aquestes teories amb propietats de materials viscoelàstics, que inclouen el comportament del material dependent en funció del temps i té una importància especial en materials i metalls moderns treball anet a temperatures elevades.

Probabilitat de que passin certes coses.

Es pot suposar que les càrregues i les propietats dels materials són certes, però no ho són. Per exemple,  les ràfegues o cops del vent, poden ser sobtades i imprevisibles en força i direcció. És la diferència entre determinista-el que significa que la probabilitat és una i quenels esdeveniments passaran en una probabilitat entre zero i 1, on zero és mai i 1 sempre. La probabilitat està en la vida quotidiana del món real. Quina és la probabilitat que aparegui un cotxe quan es creua un carrer?  Dependrà de la densitat de trànsit del carrer.

L'anàlisi de Hilton proporciona un nou model que té en compte molts fenomens coneguts, però encara no els inclou tots. Aquest anàlisi, encara que és més inclusiu, constitueixen un inici lineal com primer pas del món real aleatori i no lineal.

S'utilitzen les matemàtiques i la física de l'enginyeria, però dins de les limitacions. A la física, no sempre s'entén el que està passant.  Hi ha alguns principis que no s'han resolt. Les matemàtiques són molt exactes, però es tendeix a omplir les equacions en termes del que es pot resoldre, més del que  hauria de ser.

Els anàlisis probabilístiques, realment penalitzen quan es dissenya un míssil perquè només es disposa d'una oportunitat per fer-ho bé. 

Sobre la combinació de models i el seu potencial impacte, Hilton va citar Winston Churchill a partir d'un discurs que va pronunciar en el 1942 sobre la 2na Batalla d'El Alamein. "Churchill va dir:" No és el principi del final sinó el final del principi ". 

Es podria veure d'aquesta manera. S'està tan lluny del coneixement total, que qualsevol d'aquests tipus de papers analítics fonamentals, és un final del principi.

Font: Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign  

Càrrega sense fils de 120 quilowatts per a vehicles elèctrics

Investigadors del Laboratori Nacional d'Oak Ridge del Departament d'Energia, han demostrat un sistema de càrrega sense fils de 120 kW per a vehicles, que proporciona sis vegades la potència de la tecnologia ORNL anterior esdevenint com un gran pas cap a la comoditat d'un servei de recarrega. El sistema sense fils, transfereix 120 kW de potència amb un 97% d'eficiència, que és comparable als carregadors ràpids convencionals. Durant la demostració, la potència es va transferir entre una separació galvànica a l'aire de sis polzades que hi havia entre dues bobines magnètiques permetent la càrrega d'un pack de bateries.

Els investigadors de l'ORNL van  ser pioners del primer sistema de càrrega de 20 kW també sense fils del món, el qual, actualment s'està adaptant per altres aplicacions.

Font: Laboratori Nacional Genevieve Martin / Oak Ridge,
Departament d'Energia dels Estats Units

S'utilitzen elements d'anàlisis finits i  de circuits per desenvolupar una nova metodologia de co-optimització, resolent els problemes del disseny de la bobina i assegurant que el sistema no s'escalfa o genera problemes de seguretat al mateix torn que, qualsevol pèrdua de potència durant la transferència és mínima.

L'equip d'ORNLper aconseguir 120 kW, va desenvolupar un nou disseny de bobines optimitzat conjuntament amb els últims dispositius electrònics de potència  de carbur de silici per fer possible  un sistema lleuger i compacte. L'arquitectura del sistema està connectat a la xarxa elèctrica i la converteix en corrent alterna d'alta freqüència, que genera un camp magnètic que permet la transferència de potència mitjançant la separació galvànica entre bobines. Una vegada que l'energia es transfereix a la bobina secundària, es converteix de nou en corrent  continua per acabar essent emmagatzemada a les bateries d'un vehicle.

Els investigadors de l'ORNL van utilitzar simulacions per ordinador per dissenyar aquestes bobines que generen el camp magnètic requerit per fer possible la transferència amb tecnologia sense fils.

Aquest avenç avança significativament la tecnologia necessària per fomentar una major adopció de vehicles elèctrics augmentant el seu abast i la facilitat de recarrega, alhora que dóna suport a un sistema econòmic de mobilitat eficient pels països.

Els investigadors de l'ORNL exploraran noves innovacions per augmentar el nivell de transferència de potència properament fins a 200 kW i, finalment fins a 350 kW, mentre que aquesta tecnologia de càrrega sense fils dinàmica és millorada. Un sistema dinàmic permet la càrrega automàtica de vehicles elèctrics mitjançant bobines instal·lades a sota carreteres. Però cal major potència pel que es necessiten sistemes de càrrega que minimitzin el cost i la complexitat de la càrrega dinàmica, donat que l'objectiu és fer possible la càrrega circulant per les carretera.

Font: Laboratori Nacional Oak Ridge

Ciència superconductora

Mesurar les propietats dels materials superconductors en camps magnètics a temperatures properes a zero és difícil, però necessari per comprendre les seves propietats quàntiques. 

Per a molts materials moderns (quàntics), per poder estudiar adequadament els detalls finals del seu comportament mecànic quàntic cal un entorn molt fred segon va dir Ruslan Prozorov, físic del Laboratori Ames del Departament d'Energia dels Estats Unit.

Prozorov i el seu equip de recerca han desenvolupat un mètode per mesurar les propietats magnètiques dels materials superconductors i magnètics que presenten un comportament quàntic inusual a temperatures molt baixes en camps magnètics elevats. El mètode s'utilitza per estudiar el comportament quàntic crític, els mecanismes de superconductivitat, la frustració magnètica i les transicions de fase en materials, molts dels quals van ser fabricats al laboratori Ames.

Ho van fer col·locant un ressonador de díodes túnel, que és un instrument que fa que les mesures de radiofreqüència siguin precises a les propietats magnètiques, en una dilució  refrigerada, com a dispositiu criogènic capaç de refredar les mostres fins al rang de temperatures de mili-Kelvin. Encara que ja s'havia aconseguit anteriorment, els treballs anteriors no tenien la capacitat d'aplicar grans camps magnètics estàtics, que és crucial per estudiar materials quàntics.

El grup de Prozorov va treballar per superar les dificultats tècniques de manteniment de mesures magnètiques d'alta resolució, alhora que aconseguia temperatures ultra-fredes fins a 0,05 K i en camps magnètics fins a 14 Tesla. Ja s'havia utilitzat un circuit similar en un camp magnètic molt elevat (60 T) quan l'equip va realitzar els mateixos experiments al Laboratori Nacional dels Alamos.

El grup va estudiar la parella de simetria  en diversos superconductors no convencionals, va mapejar un diagrama de fase molt complex en un sistema amb un comportament quàntic crític induït pel camp, i recentment es van descobrir propietats molt poc usuals d'un sistema de spin-ice, cap d'elles seria possible sense aquesta configuració.

Font: Laboratori Ames 

Algorisme que ajuda als sistemes d'AI a realitzar diverses tasques i també, a recordar

Darrere de la majoria de les tecnologies actuals d'intel·ligència artificial que s'apliquen, des d'automòbils auto-controlats fins al reconeixement facial passant pels auxiliars virtuals, estan formats per xarxes neuronals artificials. Encara que es basen en el funcionament de les neurones del cervell, aquests sistemes de deep learning segueixen sent incapaços de fer moltes funcions bàsiques que són essencials per als primats i altres organismes.

Tanmateix, un nou estudi dels neuro-científics de la Universitat de Chicago, van trobar que l'adaptació d'un conegut mecanisme cerebral,  pot millorar la capacitat de les xarxes neuronals artificials per aprendre múltiples tasques i resoldre el repte de la  Intel·ligència Artificial (AI) conegut com "oblit catastròfic". L'estudi, publicat a  l'acadèmia Nacional de Ciències, proporciona un exemple únic de com la investigació sobre neuro-ciències pot aportar a les noves estratègies informàtiques i, al contrari, com la tecnologia AI pot ajudar els científics a comprendre millor el cervell humà.

Quan es combina amb els mètodes prèviament descrits per estabilitzar les connexions sinàptiques en xarxes neuronals artificials, el nou algoritme permet que les xarxes neuronals artificials només aprenguin i realitzin centenars de tasques amb poca pèrdua de precisió que permeti potenciar tecnologies més potents i eficients d'AI. De manera intuïtiva, es podria pensar que, com més tasques es vol que conegui una xarxa, més gran serà la xarxa. Però probablement el cervell disposa d'una forma més eficaç de compactar molts coneixements en una xarxa bastant petita. Quan s'observen les parts del cervell implicades en les funcions superiors cognitives, es tendeix a trobar que les mateixes àrees, participen en moltes funcions diferents. La idea és inspirar-se del que fa el cervell per resoldre els reptes amb xarxes neuronals.

En xarxes neuronals artificials, l'oblit catastròfic es refereix a la dificultat d'ensenyar el sistema a realitzar noves habilitats sense perdre funcions prèviament apreses. Per exemple, si una xarxa inicialment entrenada per distingir entre fotografies de gossos i gats es torna a entrenar per distingir entre gossos i cavalls, perdrà la seva capacitat anterior.

Per contra, el cervell és capaç d'"aprendre contínuament", adquirir nous coneixements sense eliminar records antics, fins i tot quan s'utilitzen les mateixes neurones per a múltiples tasques. Una estratègia que utilitza el cervell per a aquest repte d'aprenentatge és l'activació selectiva de cel·les o components cel·lulars per a diferents tasques, essencialment activant subxarxes més petites i superposades per a cada habilitat individual o en diferents contexts.

Els investigadors d'UChicago van adaptar aquest mecanisme neuro-científic a les xarxes neuronals artificials a través d'un algoritme que ells anomenaven "alimentació dependent del context". Per a cada nova tasca apresa, només s'activa un 20 per cent aleatori d'una xarxa neuronal. Una vegada que la xarxa està capacitada en centenars de tasques diferents, un node pot estar involucrat en dotzenes d'operacions, però amb un conjunt únic d'operacions per a cada habilitat individual.

Quan es va combinar amb mètodes desenvolupats prèviament per investigadors de Google i Stanford, les xarxes dependents del context van permetre a les xarxes aprendre fins a 500 tasques amb només una petita disminució de la precisió.

Com a tal, l'enfocament probablement té un gran potencial en la creixent indústria de l'AI, on les empreses que desenvolupen vehicles autònoms, la robòtica i altres tecnologies intel·ligents necessiten emprar capacitats complexes d'aprenentatge en ordinadors a nivell de consum. L'equip de UChicago treballa actualment amb el Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation per explorar les opcions de comercialització de l'algoritme.

La investigació computacional també beneficia l'original focus del laboratori per comprendre millor el cervell primat recordant la seva activitat a mesura que els animals aprenen i com es comporten. Les estratègies de modelatge i assaig que permeten l'aprenentatge, l'atenció, el processament sensorial i altres funcions en una computadora poden motivar i suggerir nous experiments biològics que sonden els mecanismes d'intel·ligència, tant naturals com artificials.

Sumar en aquest component de la recerca al laboratori ha obert moltes portes en termes de permetre pensar en nous tipus de problemes, nous tipus de temes de neuro-ciència i problemes que normalment no es poden abordar utilitzant les tècniques experimentals actualment disponible als laboratoris. S'espera que aquest sigui el punt de partida per identificar aquests principis i per ajudar a crear xarxes artificials que continuen aprenent i basant-se en coneixements previs.

Font: Universitat de Chicago
.

Aplicació de la connexió sense fils entre vehicles.

Un nou sistema s'ha dissenyat, basat en diverses tecnologies, que permet estalviar entre dues i tres hores les esperes en els encreuaments de les carreteres i carrers, el que significa que es podrien estalviar unes 22 hores al mes.

Font:Foto: Dan Saelinger

Una d'elles, és la connexió sense fils entre vehicles. Sovint s'anomena tecnologia vehicle-to-vehicle (V2V), encara que aquesta vinculació també pot incloure senyals de trànsit i d'altres infraestructures.

Una altra tecnologia emergent és la del vehicle autònom, que, per la seva naturalesa, hauria de minimitzar el temps dels desplaçaments.

Després hi ha la Internet of  Things (IoT), que connectarà no només amb els 7 mil milions de persones del món, sinó també amb altres 30 mil milions de sensors i gadgets que s'espera hi hauran desplegats.

Totes aquestes tecnologies  poden treballar conjuntament amb un algoritme que s'ha desenvolupat en la Carnegie Mellon University, a Pittsburgh. L'algorisme permet que els cotxes col·laborin, utilitzant les seves capacitats de comunicació de a bord, per fer possible que el trànsit funcioni sense problemes i sense semàfors.

Il·lustració: Anders Wenngren

Aquest projecte l'ha començat una empresa anomenada Virtual Traffic Lights (VTL), i s'ha provat de forma exhaustiva en simulacions, en un projecte privat a les carreteres properes al campus de Carnegie Mellon. Al juliol, per primera vegada, es va presentar en públic la tecnologia del VTL a l'Aràbia Saudita, davant un auditori d'uns 100 científics, funcionaris del govern i representants d'empreses privades.

Els resultats d'aquest assaig van confirmar el que ja s'havia sospitat: és hora de fer desaparèixer els semàfors. No hi ha res a perdre, excepte un munt d'hores assegudes als  cotxes sense fer res.

El principi que hi ha darrere del semàfor ha canviat poc, ja que aquest dispositiu es va inventar en el 1912 i es va desplegar a Salt Lake City, i dos anys més tard, a Cleveland. El seu funcionament, te un enfocament basat en el cronòmetre, per la qual cosa a vegades es pot estar esperant  darrere d'una llum vermella en una intersecció quan no hi ha altres cotxes propers. La temporització,  es pot ajustar per adaptar els patrons de trànsit als diferents punts del cicle de desplaçament, però això  no és suficient. Com a conseqüència, diàriament molta gent perd molt de temps.

En comptes d'això, es podria visualitzar una sèrie d'automòbils que s'apropen a una cruïlla i es comuniquen entre si amb la tecnologia V2V. Junts decideixen i després elegeixen un vehicle per funcionar com a líder durant un període determinat, durant el qual es decideix quina direcció tindrà dret de pas, l'equivalent a la llum verda, i quina direcció tindrà la llum vermella.

Llavors, qui té preferència? És molt senzill. El líder assigna l'estat d'una llum vermella a la seva pròpia direcció de moviment mentre dóna llum verda a tots els cotxes que estarien en el flux normal. Després, transcorreguts, per exemple 30 segons, un altre cotxe que estigui en el flux normal, es converteix en nou líder i fa el mateix. D'aquesta manera, el lideratge es reparteix repetidament, de forma cíclica, per compartir la responsabilitat, ja que ser líder implica que ha sacrificar quelcom pel bé comú.

Amb aquest enfocament, no caldrien semàfors. Els treballs de regulació del trànsit quedarien diluïts  en les infraestructures sense fils.

L'algoritme  de l'empresa VTL, escull als líders consultant paràmetres com són, la distància del vehicle davanter en cada carrer des del centre de la intersecció, la velocitat dels vehicles, el nombre de vehicles en cada carrer, etc. Quan tot és igual, l'algoritme selecciona al del vehicle més allunyat de la intersecció, de manera que tindrà temps suficient per disminuir la velocitat. Aquesta política garanteix que el vehicle més proper a la intersecció tingui preferència.

És important tenir en compte que la tecnologia VTL no necessita cap càmera, ni radar o control. Obté tota l'orientació que necessiti d'un sistema sense fil anomenat comunicacions dedicades de curt abast. 

El dedicated short-range communications (DSRC) fa referència a programes de ràdio, incloent l'ample de banda dedicat, que es van desenvolupar als Estats Units, Europa i Japó entre el 1999 i 2008 per permetre que els cotxes propers es comuniquin sense fils. Els desenvolupadors del DSRC van concebre diversos usos, incloent la col·lecció de peatge electrònic  i el control cooperatiu adaptatiu de creuer, i també  la funció que s'utilitza per a evitar la col·lisió.

Molt pocs cotxes, estan equipats amb transceptors DSRC (i és possible que la tecnologia sense fils  5G substituirà la DSRC ). Però aquests transceptors estan fàcilment disponibles i proporcionen tota la funcionalitat que es  necessita. Aquests transceptors, dissenyats per fer ús del IEEE Standard 802.11p, es basen en que cadascun ha d'enviar un missatge de seguretat bàsic cada deu fraccions de segon. El missatge diu als destinataris a on el vehicle que transmet està en latitud, longitud i el seu encapçalament. Si s'executa en un processador d'un vehicle, l'algoritme VTL recull les dades d'aquest vehicle, llença el que rep dels vehicles veïns i superposa el resultat a lectures d'aquests serveis de cartografia digital com pot ser el Google Maps, Apple Maps o OpenStreetMap. D'aquesta manera, cada vehicle pot calcular la seva pròpia distància a la intersecció, així com la distància dels vehicles que s'aproximen a la intersecció des de les altres direccions. 

També es pot calcular la velocitat, l'acceleració i la trajectòria de cada vehicle. És tot això que l'algoritme ha de decidir per poder saber qui passa per la intersecció (llum verda) i qui ha de parar (llum vermella). Una vegada que s'ha pres la decisió, una pantalla instal·lada a cada cotxe mostra la llum al conductor des d'una posició de visió normal. Per descomptat, l'algorisme VTL només resol el problema de gestionar el trànsit en les interseccions. No condueix el cotxe. Però quan es treballa dins del seu propi domini, el VTL pot fer tot a un cost molt més baix que la tecnologia dels vehicles autònoms. 

Font: Dan Saelinger

Els cotxes de conducció automàtica requereixen molta més capacitat de computació per donar sentit als feeds de dades individuals que provenen del seu lidar, radar, càmeres i altres sensors, i encara més per fusionar aquests feeds en una sola vista de l'entorn. Però quan es treballa dins del seu propi domini, el VTL pot fer tot a un cost molt més baix que la tecnologia de vehicles autònoms. 

Aquest mètode esdevé com la substitució d'una regla per la veritable intel·ligència. L'algoritme de VTL permet que els cotxes controlin el seu propi tràfic tant com ho fan les colònies d'insectes i bancs de peixos. Una banc canviant de peixos es dirigeix ​​tot alhora, sense cap mestre directiu dirigint els membres del banc; en canvi, cada peix s'adapta al moviment dels seus  immediats veïns.

Aquest és un exemple del comportament del sistema completament distribuït en lloc d'un comportament centralitzat de xarxa. Amb això, les flotes de vehicles d'una ciutat poden gestionar el trànsit per ells mateixos sense un mecanisme de control centralitzat i sense cap intervenció humana: cap policia, cap semàfors, cap senyal de parada.

Una primera idea era col·locar una bobina magnètica sota la superfície d'asfalt d'una carretera per detectar l'aproximació dels vehicles al llarg d'una única ruta cap a una intersecció i ajustar la durada del semàfor. De la mateixa manera, les càmeres situades a les interseccions es poden utilitzar per  calcular el millor moment dels semàfors en una intersecció. Però ambdues tecnologies són cares d'instal·lar i mantenir i, per tant, només s'han instal·lat en algunes interseccions.

Al executar l'algoritme VTL en un model virtual per a dues ciutats: Pittsburgh (EUA) i Porto (Portugal), es va recollir les dades de trànsit de l'Oficina del Cens dels EUA i l'agència portuguesa corresponent, també, s'han afegit dades de mapes de Google Maps i s'han inclòs totes les dades a SUMO, la Simulació de Mobilitat Urbana, un paquet de programari de codi obert desenvolupat pel Centre Aeroespacial Alemany.

SUMO va simular  els desplaçaments en hora punta en dos escenaris, un amb els semàfors existents i l'altre utilitzant l'algoritme VTL. Es va trobar que  el VTL va reduir el desplaçament mig en 21,3 minuts dels de 35 minuts a Porto i en 18,3 minuts dels 30,7 minuts a Pittsburgh. Les reduccions per a persones que viatgen a la ciutat des dels suburbis i més enllà es van reduir en un mínim del 30 per cent i un màxim del 60 per cent. 

Aquests estalvis temporals foren principalment per dos motius. En primer lloc, el VTL va eliminar el temps d'espera en semàfor vermell quan no hi havia cotxes que creuaven. En segon lloc, el VTL va introduir el control del trànsit a totes les interseccions, no només aquelles que tenen senyals actives. Per tant, no era necessari que els cotxes s'aturessin en un senyal de stop, per exemple, quan no hi hagués altres cotxes.

Les simulacions van mostrar altres beneficis, que són indiscutiblement més importants que estalviar temps. El nombre d'accidents es va reduir en un 70 per cent. A més, minimitzant el temps transcorregut en les interseccions  el VTL redueix de forma mesurable la petjada mitjana de carboni que provoca l'automòbil.

Llavors, quan estarà disponible la tecnologia VTL? Per començar, s'hauria d'aconseguir que el DSRC s'incorpori en el procés de fabricació dels cotxes. El 2014, l' Administració Nacional de Seguretat Viària de Carreteres dels EUA va proposar l'adopció de la tecnologia, però l'administració de Trump encara no ho va implementar de manera que, no està clar quina serà la decisió final. Així doncs, els fabricants nord-americans ara poden mostrar-se reticents a instal·lar transceptors DSRC, atès que aportarien costos a un cotxe i que només serien útils si altres cotxes també ho incorporen.

Fins que hagin suficients cotxes que incorporin els dispositius, l'escala de fabricació es mantindrà baixa i serà car. Als Estats Units, només General Motors ha començat a posar  DSRC en automòbils, tots ells Cadillac de gamma alta. No obstant això, a Europa i Japó les perspectives són molt més favorables. Una sèrie de fabricants europeus s'han compromès a posar els transceptors en els seus cotxes,  de manera que a recentment al Japó, el govern ha recolzat fermament la tecnologia, fet que ho demostra que el gegant automobilístic Toyota va reiterar el seu compromís.

I encara que el DSRC fracassi completament, l'algoritme  VTL es podrà implementar amb altres tecnologies sense fils, com ara 5G o Wi-Fi.

Font: Carnegie Mellon University

Investigadors descobreixen llacunes de seguretat en l'estàndard 5G de comunicació mòbil

Investigadors del Grup de Seguretat de la Informació, van sotmetre al proper estàndard de comunicació mòbil 5G a una anàlisi de seguretat completa. La seva conclusió: la protecció de les dades es millora en comparació amb els estàndards anteriors 3G i 4G. Tanmateix, encara hi ha llacunes de seguretat.

Dos terços de la població mundial, uns cinc mil milions de persones, utilitzen diàriament telèfons intel·ligents o altres dispositius mòbils. Es connecten a la xarxa mòbil a través de les seves targetes SIM i fan trucades, envien textos, intercanvien fotografies o fan pagaments i compres. Per als proveïdors de telefonia mòbil, el negoci val milers de milions. Però no només per a ells. Una i altra vegada, hackers han pogut accedir a la comunicació entre un dispositiu i una xarxa per interceptar converses o robar dades.

La cinquena i més nova generació de la comunicació mòbil promet als usuaris una seguretat significativament més gran que abans. Per tal de garantir la seguretat, cal tenir en compte els factors clau: el dispositiu i la xarxa han de poder autenticar-se i s'ha de garantir la confidencialitat de l'intercanvi de dades i la privadesa de l'usuari sobre identitat i ubicació.

Això s'ha implementat a través d'un protocol conegut com Authentication and Key Agreement (AKA) des de la introducció de l'estàndard 3G. L'organització del Projecte de Partenariat de tercera generació (3GPP) és responsable de les especificacions d'aquest protocol i de les especificacions del nou estàndard 5G AKA.

Un equip d'investigadors de l'ETH del grup encapçalat per David Basin, professor de Seguretat de la Informació, ha aprofundit en aquestes especificacions. Amb l'ajuda de l'eina de verificació del protocol de seguretat Tamarin, van examinar sistemàticament el protocol AKA 5G tenint en compte els objectius de seguretat especificats. Tamarin ha estat desenvolupat i millorat durant els últims vuit anys en aquest grup de recerca i és una de les eines més eficaces per a l'anàlisi de protocols criptogràfics. L'eina identifica automàticament els supòsits de seguretat mínima requerits per aconseguir els objectius de seguretat establerts per 3GPP. Va demostrar que l'estàndard és insuficient per aconseguir tots els objectius de seguretat crítics del protocol AKA 5G", afirma el científic i coautor Ralf Sasse. "ús de la telefonia mòbil d'un tercer ".

Segons va determinar l'equip, la protecció de dades es millorarà significativament amb el nou protocol en comparació amb les tecnologies 3G i 4G. A més, 3GPP va aconseguir tancar una bretxa amb el nou estàndard que abans havien estat explotats per les captures IMSI. Amb aquests dispositius, es pot llegir la Identitat del subscriptor mòbil internacional (IMSI) d'una targeta de telèfon mòbil per determinar la ubicació d'un dispositiu mòbil. Per aconseguir-ho, el dispositiu es disfressa com a emissora de ràdio per no ser capturat pel telèfon mòbil. "Aquesta bretxa es tanca amb l'AKA 5G. Tanmateix, s'ha determinat que el protocol permet altres tipus d'atacs de traçabilitat", explica el científic i coautor principal, Lucca Hirschi. En aquests atacs, el telèfon mòbil no envia l'usuari "dispositiu , però encara indica la presència del telèfon a un lloc. Es suposa que els dispositius de seguiment més sofisticats també podrien ser perillosos per als usuaris de 5G en el futur. Si s'introdueix la nova tecnologia de comunicacions mòbils amb aquestes especificacions, pot provocar nombrosos atacs cibernètics. L'equip, està en contacte amb 3GPP, per tal d'implementar conjuntament millores en el protocol AKA 5G.

Font: ETH Zurich

Els materials 'self-healing' es poden construir a partir del carboni que hi ha a l'aire

Un material dissenyat pels enginyers químics del MIT, pot reaccionar amb el diòxid de carboni des de l'aire, per créixer, enfortir-se i fins i tot, autoreparar-se. El polímer, que podria ser utilitzat algun dia com a material de construcció de reparació o per a recobriments protectors, converteix el gasos d'efecte hivernacle en un material que es reforça a base de carboni.

La versió actual del nou material és una substància similar a un gel sintètic que realitza un procés químic semblant a la forma en què les plantes incorporen el diòxid de carboni de l'aire als seus teixits en creixement. El material podria, per exemple, convertir-se en panells d'una matriu lleugera que es podria enviar a un lloc de construcció, on s'enduririen i se solidificarien només per l'exposició a l'aire i a la llum del sol, estalviant així l'energia i el cost del transport.

Aquest descobriment, es descriu en un article de la revista Advanced Materials, del professor Michael Strano, postdoc Seon-Yeong Kwak, i vuit més del MIT i a la Universitat de Califòrnia a Riverside.

Aquest és un concepte completament nou en la ciència dels materials. El que s'anomenen materials de fixació de carboni encara no existeixen avui en dia fora de l'àmbit biològic. Aquest nous materials, poden transformar el diòxid de carboni que hi ha en l'aire ambient en una forma sòlida i estable, utilitzant només  la llum del sol,  tal com fan les plantes.

El desenvolupament d'un material sintètic que no només evita l'ús dels combustibles fòssils per a la seva creació, sinó que realment consumeix diòxid de carboni de l'aire, té avantatges evidents per al medi ambient i el clima.

El material actualment en fase de prova que l'equip utilitza en aquests experiments inicials, va permetre fer ús d'un component biològic-cloroplasts, aquests components d'aprofitament de la llum que hi dins de les cèl·lules vegetals, són els que els investigadors van obtenir a partir de fulles d'espinacs. Els cloroplasts no estan vius, però catalitzen la reacció del diòxid de carboni a la glucosa.

Els cloroplasts aïllats són bastant inestables, és a dir, tendeixen a deixar de funcionar després d'unes hores quan surten del cos de la planta. En el seu article, Strano i els seus companys de feina, han demostrat mètodes per augmentar significativament la vida catalítica útil dels cloroplasts extrets. En el treball en curs i futur, el cloroplast seran reemplaçats per catalitzadors que no són d'origen biològic.

Els materials que utilitzen els investigadors, es basea en una matriu de gel composta d'un polímer elaborat amb aminopropil de metacrilamida (APMA) i glucosa, un enzim anomenat glucosa oxidasa i cloroplasts, el que els fa més fort ja que incorpora el carboni. Encara no és suficient per ser utilitzat com a material per la construcció, tot i que podria funcionar com a material de recobriment, segons diuen els investigadors.

Les aplicacions comercials, com podrien ser els recobriments  'self-healing', són possibles en el curt termini,  mentre que els avenços addicionals en química de la columna vertebral i la ciència dels materials són necessaris abans que es puguin desenvolupar materials i composite de construcció.

Un clau avantatge d'aquests materials és que es repararan automàticament després de l'exposició a la llum solar o algun tipus d'il·luminació interior. Si la superfície està ratllada o esquerdada, l'àrea afectada creix per omplir els buits i així, reparar el dany sense requerir cap acció externa.

Tot i que hi ha hagut un generalitzat esforç  per desenvolupar materials  'self-healing' que puguin imitar aquesta capacitat dels organismes biològics, segons diuen els investigadors, tots han requerit una activa entrada externa  per funcionar. Es necessitava calor, llum UV, estrès mecànic o tractament químic per activar el procés. Per contra, aquests materials no necessiten més que llum ambiental, i incorporen massa de carboni de l'atmosfera, que és omnipresent.

La ciència dels materials mai no ha produït res d'aquesta manera. Aquests materials imiten alguns aspectes d'alguna cosa que viu, tot i que no es reprodueix. Atès que la recerca obre una àmplia gamma de possibles investigacions de seguiment, el Departament d'Energia dels EUA patrocina un nou programa dirigit per Strano per desenvolupar-lo encara més.

Font: Massachusetts Institute of Technology

Microscopi per rastrejar la llum

Investigadors de la Universitat de Michigan, han desenvolupat un potent microscopi que permet observar com l'energia  de la llum migra en bacteris fotosintètiques en període de temps de fracció de segon.

Aquest microscopi podria ajudar a desenvolupar materials orgànics fotovoltaics més eficients, un tipus de cèl·lula solar que podria proporcionar una energia més barata respecte les cel·les solars basades en el silici .

En les plantes i en els bacteris fotosintètics, la llum impacta a la fulla o a les bacteris de manera que, un sistema de minúscules antenes de recol·lecció de la llum la transmet a través de les proteïnes, el que es coneix com un centre de reacció. Aquí, la llum està "atrapada" i es converteix en energia metabòlica per als organismes.

Jennifer Ogilvie, professora de física i biofísica de la UM, i el seu equip volen captar el moviment d'aquesta llum mitjançant proteïnes en una cèl·lula de manera que, l'equip ha donat un pas cap a aquest objectiu en el desenvolupament d'aquest microscopi. El seu estudi ha estat publicat al Nature Communications.

Ogilvie, l'estudiant de postgrau Yassel Acosta i el postdoctorat Vivek Tiwari van treballar junts per desenvolupar el microscopi, que utilitza un mètode anomenat espectroscòpia electrònica bidimensional per generar imatges de migració energètica dins de les proteïnes durant la fotosíntesi. El microscopi mostra una àrea de la mida d'una cinquena part d'un glòbul humà i pot capturar esdeveniments que triguen una fracció de segon.

L'espectroscòpia bidimensional es basa en llegir els nivells d'energia dins d'un sistema de dues maneres:

- Primer: llegeix la longitud d'ona de la llum que s'absorbeix en un sistema fotosintètic.
- Segons: llegeix la longitud d'ona de la llum detectada dins del sistema, permetent que es pugui seguir el flux a mesura que flueix a través de l'organisme.

L'instrument combina aquest mètode amb un microscopi per mesurar un senyal, que és gairebé un milió de vegades més petits que abans. Les mostres prèvies a les mesures, van ser una mitjana d'un milió de vegades més grans respecte les anteriors. La mitjana de les grans seccions amaga les diferents maneres en què l'energia es pot moure dins del mateix sistema.

Ara s'han combinat ambdues tècniques perquè sigui possible arribar a processos molt ràpids, així com obtenir informació realment detallada de sobre com interaccionen aquestes molècules. Observant una regió nanoscòpica d'aquesta mostra enfront d'una altra, l'espectroscòpia pot semblar molt diferent. Anteriorment, això no es sabia, perquè només s'havia aconseguit una mesura mitjana, per tant, no es podia conèixer les diferències. Aquestes, podien ser importants per entendre com funciona el sistema.

En desenvolupar el microscopi, Ogilvie i el seu equip van estudiar colònies de cèl·lules fotosintètiques morades bacterianes. Anteriorment, els científics principalment havien investigat  parts purificades d'aquest tipus de cèl·lules. En observar un sistema de cel·la intacte, Ogilvie i el seu equip van poder observar com interactuaven els diferents components del sistema complet.

L'equip també va estudiar bacteris que s'havien cultivat en condicions d'alta llum, de poca llum i una combinació d'ambdues. Seguint la llum emesa dels bacteris, el microscopi els va permetre veure com l'estructura del nivell d'energia i el flux d'energia a través del sistema canvien segons les condicions de llum dels bacteris .

De la mateixa manera, aquest microscopi pot ajudar els científics a comprendre com funcionen els materials fotovoltaics orgànics. En lloc de les antenes complexes que recullen la llum que es troben en les plantes i els bacteris, els materials fotovoltaics orgànics tenen les anomenades molècules "donants" i "receptores". Quan la llum viatja a través d'aquests materials, la molècula donadora envia electrons a molècules receptores, generant electricitat.

Es podria trobar que hi ha regions on l'excitació no produeix cap càrrega que es pugui recollir,  llavors, es podrien trobar regions on funciona bé. Si s'observen les interaccions entre aquests components, es podrien correlacionar la morfologia del material amb el que funciona bé i el que no.

En els organismes, aquestes zones es donen perquè una àrea de l'organisme podria no rebre tanta llum com una altra àrea i per tant, estarà plena d'antenes per captar la llum de manera que, presenten pocs centres de reacció. Altres àrees poden ser inundades de llum, i els bacteris poden tenir menys antenes, però més centres de reacció. En el material fotovoltaic, la distribució de molècules donants i receptores pot variar en funció de la morfologia del material. Això podria afectar l'eficiència del material en la conversió de la llum en electricitat.

Tots aquests materials han de tenir components diferents  els quals, fan coses diferents:

- Components que absorbiran la llum,
- Components que portaran l'energia de la llum i la convertiran en alguna cosa que es pugui utilitzar, com l'electricitat.

És un 'sant grial' el poder cartografiar en l'espai i el temps el flux exacte d'energia a través d'aquests sistemes.

 Font: Universitat de Michigan

La resiliència per als Sistemes de Distribució Elèctrica

La resiliència és un tema important que està creixent amb rellevància, tant en sentit tradicional (és a dir, estar preparat per 'sobreviure' a incidències a les xarxes provocades per tempestes), i també en termes de la capacitat dels DSO en el sentit d'estar preparats per al futur del DSO. Investigar en el sector per obtenir més resiliència de les infraestructures dels DSO, implica una constant i una continua recerca que acabarà prenent forma al llarg del temps.

Per  sintetitzar diversos conceptes de resiliència en el context d'un mercat elèctric en evolució, es podria categoritzar la resiliència  en base a les següents tres etapes:

Gestionar la resiliència: Es centra en el pla fundacional d'una empresa per enfortir el seu sistema de distribució abans que es produeixin problemes.

Manteniment de la resiliència: Com la capacitat d'un DSO per mantenir el sistema de distribució en estat operatiu.

Modernització de la resiliència: Implementació estratègica d'un DSO per la modernització de la xarxa per ser més flexible i adaptable a la futura integració de la tecnologia de la xarxa i als mercats.

Per al primer punt, hi ha diversos passos que es poden fer de forma proactiva per enfortir la capacitat de base d'un DSO, centrant-se en la planificació i el disseny del sistema de distribució, incloent, la millora de les normes del disseny i la construcció, soterrar tot el que sigui possible de les xarxes  per la distribució elèctrica.

Tot i que soterrar el sistema de distribució hauria de reduir la freqüència d'interrupcions del servei, quan aquestes es produeixen, afecten els trams subterrànis d'un sistema, els temps de restauració solen augmentar, a causa de la complexitat del sistema i la dificultat d'accedir als equips o cables afectats. No obstant això, el principal motiu pel qual el soterrament no és una  opció prioritària , és perquè te un cost més alt. Però amb una planificació selectiva, una manera de determinar els segments de xarxa a actualitzar, podrien ser:

Circuits amb pitjor secció i rendiment,

En base la densitat de clients connectats,

Mantenir la Resiliència es centra en la capacitat del DSO per mantenir el sistema de distribució elèctric en estat operatiu, i el manteniment s'ha convertit en una activitat  central que afecta significativament tant la fiabilitat de la qualitat del servei que se li lliura al client, com a les estratègies d'inversió, per això el tipis de manteniment es poden clasificar de la següent fomra:

Manteniment correctiu 

Manteniment preventiu

Manteniment basat en la condició (CBM)

Manteniment centrat en la fiabilitat (RCM)

Manteniment orientat al rendiment (PFM)

Per a aquest últim, el Manteniment orientat al rendiment (PFM), és una filosofia de manteniment que afecta a tot l'espectre el qual, abasta àmpliament diverses facetes del manteniment, incloent aspectes tècnics, financers, comercials, clients i regulatoris. PFM no requereix la substitució d'una estratègia de manteniment existent (per exemple, RCM, CBM) i es pot aplicar de forma completa (per exemple, amb l'anàlisi d'enfocament de manteniment en profunditat) o implementada de manera especialitzada (per exemple, la correcció d'un problema d'un manteniment específic). Aquest enfocament holístic es porta a terme per superar algunes de les deficiències existents en els enfocaments de manteniment, com ara, el cost sense considerar el valor i els problemes de l'equip a curt termini enfront de la planificació corporativa a llarg termini, per citar alguns.

Modernizing Resiliency se centra en la implementació estratègica d'un DSO de la modernització de la xarxa per ser més flexible i adaptable a la futura integració de la tecnologia i als mercats empresarials. Es pot considerar una progressió cap a un futur més complet i holístic amb una visió de la resiliència a través de tres etapes:

Tecnologia operativa (OT)

Tecnologia de la informació (IT) i OT

Convergència del mercat energètic

Per la segona, la convergència IT / OT es comença a adoptar una forma que, alhora, ajuda a enfortir les vulnerabilitats tant de la perspectiva operativa com de la gestió de dades per crear una xarxa més robusta i integrada. Un resultat natural d'aquesta convergència és el desplegament de sistemes de xarxa que funcionen per controlar o agregar altres sistemes de xarxa actuals. Alguns exemples  de xarxes amb agregació de sistemes, inclouen sistemes avançats de gestió de la distribució (ADMS), sistemes distribuïts de gestió de recursos energètics (DERMS) i sistemes de gestió de resposta a la demanda (DRM).

Aquest marc pretén servir com un recurs útil per als professionals de les xarxes que busquen assistència estratègica basada en una llista de comprovació i una alternativa que s'alineï simultàniament amb els esforços de modernització de la xarxa que esta evolucionant.  Aquesta progressió basada en el temps permet que els DSO avaluïn els passos que poden adoptar per avançar al llarg d'aquesta via de resiliència.

Font: IEEE SmartGrid

Materials 2D per ser comercialitzats

Des del descobriment en el 2003, del material de carboni d'un sol àtom de gruix conegut com a grafè, també hi ha hagut un gran interès en altres tipus de materials de 2D.

Aquests materials es podrien apilar junts com a peces Lego per formar una gamma de dispositius amb diferents funcions, incloent-hi la de funcionar com un semiconductor. D'aquesta manera, es podrien utilitzar per crear dispositius electrònics ultra-fins, flexibles i transparents.

No obstant això, la separació d'un material de cristall  en escates 2-D per usos  en electrònica, ha demostrat ser difícil de aconseguir a escala comercial.

El procés existent, en el qual les  escates individuals es separen dels cristalls, estampant els cristalls repetidament en una cinta adhesiva, no és fiable i requereix molt de temps, ja que es necessiten moltes hores per collir suficient material i formar-ne un dispositiu.

Investigadors del Departament d'Enginyeria Mecànica del MIT han desenvolupat una tècnica per a la collita de wafers de 2 polzades 2D en pocs minuts de manera que seguidament, es poden apilar junts per formar un dispositiu electrònic.

La tècnica, que es descriu en un article publicat a la revista Science, podria obrir la possibilitat de comercialitzar dispositius electrònics basats en una varietat de materials  2D, segons el professor Jeehwan Kim, del Departament d'Enginyeria Mecànica el qual, va liderar la recerca.

Els primers autors del document van ser Sanghoon Bae, que va estar involucrat en la fabricació de dispositius flexibles, i Jaewoo Shim,  qui va treballar en l'apilament dels monocapes de materials 2D.

S'ha demostrat que es poden fer aïllaments monocapa a monocapa de materials 2D a escala dels wafers. En segon lloc, S'ha demostrat una manera d'apilar fàcilment aquestes monocapes a escala de wafers del material 2D.

Els primers investigadors van fer créixer una densa pila de material 2D sobre un wafer de safir. Seguidament, es va aplicar una pel·lícula de níquel de 600 nanòmetres de gruix a la part superior de la pila.

Atès que els materials de 2D s'adhereixen molt més al níquel que al safir,  això  va permetre als investigadors separar tota la pila del wafer.

A més a més, l'adhesió entre el níquel i les capes individuals del material 2D també és superior a la que hi ha entre cadascuna de les  pròpies capes.

Com a resultat, quan es va afegir una segona pel·lícula de níquel a la part inferior de la pila, els investigadors van poder separar monocapes individuals d'un sol àtom de material 2D.

Això és degut a que al extreure la primera pel·lícula de níquel, aquest genera esquerdes en el material que es propaga fins a la part inferior de la pila.

Una vegada va ser possible obtenir la primera monocapa,  la pel·lícula de níquel es va  transferir a un substrat, de manera que va permetre repetir el procés per a cada capa.

Per això, s'utilitza una mecànica molt senzilla de manera que, utilitzant aquest concepte de propagació controlada d'esquerdes, fa possible aïllar materials monocapa 2-D a escala de wafer. La tècnica es pot utilitzar amb un rang de diferents materials 2D, incloent el nitrur de bor, el disulfur de tungstè i el disulfur de molibdè.

D'aquesta manera, es pot utilitzar per produir diferents tipus de materials monocapa 2D, com ara semiconductors, metalls i aïllants, que es poden apilar junts per formar les heterostructures 2D necessàries per a un dispositiu electrònic.

Si es fabriquen dispositius electrònics i fotònics amb materials  2D, aquests dispositius,  només uns quants seran monocapa. També, són extremadament flexibles i es poden incrustar a qualsevol objecte o base. El procés és ràpid i de baix cost, pel que el fa de interès  per a la seva comercialització.

Els investigadors també han demostrat la tècnica mitjançant la fabricació amb èxit de matrius de transistors d'efecte de camp (FET) a l'escala de wafer  amb un gruix de pocs àtoms. El treball té molt potencial per aportar materials de 2D i les seves hetereo-estructures adreçades a aplicacions pel món real.

Ara s'està planegen aplicar la tècnica per desenvolupar una gamma de dispositius electrònics, incloent una matriu de memòria no volàtil i dispositius flexibles que es podrien usar a la pell humana. També te interès per la nternet de les Coses (IoT) per aplicar aquesta tècnica.

Tot el que es  necessita, és cultivar aquests materials  2D, a continuació, aïllar-los en monocapes i apilar-los, de manera que és molt més econòmic respecte el procés de semiconductors existent.

Font: Massachusetts Institute of Technology 

Aïllants topològics

Per primera vegada, els físics han construït un aïllant topològic únic en què les excitacions òptiques i electròniques hibriden i flueixen juntes. 

Els aïllants topològics, són materials amb propietats molt especials. Condueixen partícules d'electricitat o de llum només per la seva superfície o les arestes es a dir,  no per l'interior. Aquesta inusual característica, podria proporcionar tècniques innovadores donat que, els aïllants topològics han estat objecte d'una intensa investigació mundial durant diversos anys.

Físics del Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) a Baviera, Alemanya, amb col·legues del Technion d'Haifa, Israel i la Universitat Tecnològica Nanyang de Singapur han informat del seu descobriment a la revista Nature. L'equip ha construït el primer "aïllant topològic exciton-polariton", un aïllant topològic que funciona simultàniament amb excitacions tant, lleugeres com electròniques.

El professor Sven Höfling, que dirigeix ​​la Càtedra de Física Aplicada de la JMU, afirma que aquests aïlladors topològics tenen un doble benefici: "Es podrien utilitzar tant per a sistemes electrònics commutats com per a aplicacions làser". Els aïllants topològics desenvolupats anteriorment, es basen només en electrons o fotons.

El Dr. Sebastian Klembt, líder del grup a la càtedra d'Höfling, va tenir un paper principal en el projecte.  El nou insolador topològic es va construir sobre un microxip i, bàsicament, es compon del compost de semiconductors d'arseniur de gal·li. Té una estructura de panal i està format per molts pilars petits, cada dos micrometres de diàmetre.

Controlar la direcció de propagació

En excitar aquesta microestructura amb llum làser, les partícules lleugeres formen part de ella, exclusivament a les arestes. Les partícules passen per les arestes i per les cantonades amb una pèrdua relativament baixa. Un camp magnètic, permet controlar i invertir la direcció de propagació de les partícules.

Es tracta d'un sistema sofisticat que treballa en dimensions orientades per aplicacions en un microxip i on es pot controlar la llum. En general, això és difícil d'aconseguir: les partícules lleugeres pures no tenen càrrega elèctrica i, per tant, no es poden controlar fàcilment amb camps elèctrics o magnètics. El nou aïllant topològic és capaç de fer-ho enviant llum al voltant de les arestes i cantonades.

Font: Universitat de Würzburg