El Terahertz pot fer evolucionar el 5G cap el 6G

Pot ser és el sisè any per al Brooklyn 5G Summit, però en la ment de diversos oradors, el 2019 també és el Year Zero per al 6G. La cimera anual, organitzada per Nokia i NYU Wireless , és un esdeveniment de quatre dies que cobreix tot el que implica el 5G.

Aquest any, considera una investigació preliminar sobre les ones de terahertz, les freqüències que alguns investigadors creuen que constituiran un component clau de la propera propera generació de xarxes sense fils que van ser comentades en diferents conferències.

Font:  iStockphoto/IEEE Spectrum 

Referent a l’espectre electromagnètic, comentar que les ones de terahertz ocupen la banda d’espectre que va des dels 300 gigahertz  fins als 3 terahertz. Això vol dir que les freqüències són més altes que les freqüències més altes que s’utilitzaran en el 5G, que van des del 30 GHz fins els 300 GHz.

El potencial de les ones de terahertz i del 6G per resoldre alguns dels problemes del 5G, ve donat per la tendència establerta per generacions anteriors de xarxes sense fils: mentre que l'1G  proporcionava telefonia mòbil, el 2G es va ampliar i va abordar algunes de les deficiències del seu predecessor. El 3G i 4G, van fer el mateix amb les dades mòbils. Ara que es passarà al 5G,  s'espera que suporti moltes noves aplicacions com pot ser l'Internet of Things i AR / VR,  Segur que l'evolució del 6G, també resoldrà mancances del 5G.

Font: Google

Pel que fa a què, al com es comportarà la tecnologia en aquestes freqüències, en gran mesura encara es desconeix. Actualment, els proveïdors de serveis de tot el món, només estan desplegant les seves xarxes mòbils 5G, i trigarà temps a identificar les possibles deficiències. Tot i així, les propietats físiques de les ones de terahertz, sembla ser que podrien ajudar en alguns aspectes generals de les tecnologies actuals incloent el 5G.

Font: Mybroadband.co

 Les longituds d’ona més curtes i freqüències més altes que les ones mil·límetres, suggereix que les ones de terahertz haurien de ser capaces de transportar més dades i més ràpidament, tot i que no es podran propagar tan lluny. En general, això significa que la introducció d'aquesta tecnologia a les xarxes mòbils, podria adreçar-se a qualsevol àrea en què el 5G no sigui capaç de proporcionar un elevat rendiment  per les dades  o una latència suficientment baixa. Durant  les proves, es van poder transmetre 1 terabit per segon de dades a una distància de 20 metres.

Font: IEEE Spectrum

Transistor FET de Perovskite.

Els transistors i els  conductors que els connecten, rutinàriament estan fets  per els milers de milions de les superfície de les bases de silici, que després es tallen en els "xips" i que s'utilitzen en els computadores, telèfons, rellotges i molts altres aparells electrònics. Però,  com es fan aquestes bases de silici?

El diòxid de silici,  ha de ser fossat i fos, moment en què un cristall  de silici elemental es posa en contacte amb el silici fos que diposita lentament els àtoms de silici a la base. Les masses pures de silici,  creixen lentament, amb uns lingot sencer, que poden mesurar un diàmetre que és de més de 30 centímetres. Aquests lingots de silici  a continuació es tallen en pols i llistons, creant un substrat sobre el qual es construeixen circuits formats per un gran nombre de transistors, díodes i altres dispositius electrònics.

Font: Spectrum.ieee.org/

No és estrany, que des de fa temps els enginyers elèctrics busquessin maneres més fàcils de crear el substrat en què formen les seves creacions. Des del començament dels anys 2000, han estat capaços de produir transistors i dispositius similars que utilitzen capes primes de silici i altres materials semiconductors aplicats a substrats aïllants. Però això també requereix tècniques de fabricació bastant complicades, sovint cal un alt nivell de buit.

Un altre enfocament, és el processament de solucions de semiconductors. Això és possible, per exemple, amb una classe de materials híbrids orgànics-inorgànics  que tenen estructures cristal·lines que coincideixen amb el del mineral  perovskite. Aquests semiconductors de perovskita es poden formar simplement recobrint, per exemple, una peça de vidre amb la solució química adequada i deixant-la assecar.

Aquest enfocament s'ha utilitzat, en particular, per produir unes cel·les fotovoltaiques molt eficients, que poden competir amb les cel·les solars de silici tradicionals. També s'ha utilitzat per crear fotodetectors basats en perovskita i díodes emissors de llum .

Font: Spectrum.ieee.org

Els enginyers estan estenent l'aplicació d'aquests semiconductors fàcils de fabricar de perovskita  en un nou àmbit: els transistors d'efectes de camp (FET). Un equip internacional dirigit per Aram Amassian a la North Carolina State University de Raleigh, NC, ha demostrat per primera vegada la construcció de transistors d'efecte de camp utilitzant un semiconductor perovskita híbrid de cristall únic.

Tot i que el disseny de cel·les solars de perovskitas ha madurat fins al punt de comercialització, fer que els perovskites híbrids funcionen com a transistors d'efectes de camp ha estat molt més un repte. Això reflecteix el fet que les pel·lícules de perovskitas solen consistir en múltiples cristalls amb orientacions aleatòries. Aquests materials policristal·lins inclouen límits de grans i diferents tipus de defectes en les seves xarxes de cristall atòmic, que limiten el rendiment dels portadors de càrrega (electrons o "forats").

Per a una cèl·la solar de pel·lícula prima, els perovskitas policristalins poden ser suficients, perquè els portadors de càrrega han de moure's només uns pocs centenars de nanòmetres pel gruix del material. Però en un transistor d'efecte de camp, els transportistes de càrrega haurien de recórrer més distàncies. Fer el transistor d'un semiconductor d'un sol cristall funcionaria molt millor així.

Font: Spectrum.ieee.org

Hi ha tècniques que permeten la formació de cristalls sols de perovskita, però aquests cristalls normalment acaben amb defectes a les seves superfícies, cosa que fa que sigui difícil afegir els contactes elèctrics necessaris. Amassian i els seus col·legues van esquivar aquest problema mitjançant la fabricació d'un cristall perovskita de 2,5 micròmetres d'espessor a partir d'una solució injectada entre dues superfícies planes separades per un espaciador reduït que va crear un sandvitx perovskita.

La superfície superior incloïa dos contactes elèctrics d'or, que funcionaven com la font i el desguàs del transistor. El fons d'aquest prototip experimental, de silici cobert per diòxid de silici, va servir com a porta d'entrada i aïllament de la porta del transistor.

Així doncs, el FET creat per l'equip d'Amassian encara es basa en un substrat de silici. Però Amassian explica que utilitzen el silici només per facilitar el treball pioner: també es poden utilitzar altres materials, inclosos els vidres o els plàstics, per exemple.

Font: IEEE Spectrum

La IoT, genera un nou mercat laboral.

Què tenen en comú, els edificis intel·ligents, les ciutats intel·ligents i les nfraestructura intel·ligent? 

Estan alimentats per la convergència dels àmbits físic i digital a través de dispositius connectats amb protocol IP. Aquestes tecnologies estan preparades per transformar la manera com les persones interactuen amb l'entorn. L'èxit de tot això es basa en una pràctica de nínxol en enginyeria elèctrica anomenada enginyeria de baixa tensió.

Font: Spectrum.ieee

Els enginyers de baixa tensió d'avui,  combinen les habilitats d'enginyeria elèctrica i informàtica.

Què és l'enginyeria de baixa tensió?

Els enginyers elèctrics del sector de la construcció, treballen tradicionalment en la distribució de potència o el disseny d'il·luminació. El disseny tecnològic de baixa tensió, però, inclou la infraestructura (telecomunicacions) de les tecnologies de la informació (IT), els sistemes audiovisuals i els sistemes de seguretat d'un edifici.

Font: Spectrum.ieee

Aquests solien ser sistemes autònoms i prou senzills per ser dissenyats per contractistes que tenien coneixements especialitzats del seu camp. A mesura que aquests sistemes es van tornar més intel·ligents i convergien a la xarxa, es van convertir en un ecosistema sofisticat capaç de comunicar-se entre ells. Amb sensors i IA, els edificis tenen la capacitat de reconèixer i, fins i tot, respondre a problemes  que permeten  desenvolupar i gestionar el seu propi manteniment per reduir el temps d'inactivitat i proporcionar una major eficiència operativa.

Font: Techcrunch.com

El desig d'un entorn  més intel·ligent, és impulsar la necessitat d'assessorar als enginyers amb la capacitat de facilitar aquests sistemes complexos i treballar amb desenvolupadors immobiliaris comercials, empreses multinacionals i empreses arquitectòniques per dissenyar edificis "des d'Internet".

Com a resultat, els enginyers de baixa tensió d'avui, combinen les habilitats de l'enginyeria elèctrica i informàtica, ajudant a convertir edificis en plataformes computacionals que anticipen necessitats i informen. Aquest camp creix ràpidament i necessita més enginyers elèctrics.

Si s'ha treballat en la distribució d'energia pel segtor de la construcció, les habilitats d'enginyeria de sistemes tecnològics són paral·lels i transferibles.

Un futur de ràpid creixement

Font: Google

L' Oficina d'Estadístiques Laborals, estima que el mercat de l'arquitectura i l'enginyeria als EUA és de 2,82 bilions de dòlars. Els enginyers de la indústria arquitectònica tenen un alt grau de guanys salarials.

A mesura que els edificis i la tecnologia s'integren cada vegada més  la Internet of Things sorgeixen més llocs de treball, a les plantes de fabricació, a la indústria de l'hostaleria de manera que, la demanda d'enginyers que puguin dissenyar la infraestructura per donar suport a aquesta integració és cada vegada més alta.

Tot i això, l'enginyeria de baixa tensió no s'imparteix en la majoria d'universitats, i no molts enginyers elèctrics tenen el conneixment.

Un camí cap a l'èxit de baixa tensió

L'enginyeria de baixa tensió, és una alternativa de la carrera natural per als enginyers elèctrics. Empreses com TEECOM, una empresa d'enginyeria d'infraestructures tecnològiques amb seu a Oakland, Califòrnia, ofereixen formació en el lloc de treball per a aquells que busquen fer un canvi. A partir del primer dia, els enginyers contractats recentment estan inscrits en una sèrie de cursos de desenvolupament professional, l'empresa  TEECOMuniversity, els guia des dels conceptes bàsics fins als coneixements tècnics d'alt nivell.

L'empresa també ajuda els empleats a obtenir i mantenir una llicència o certificació com a Professional Engineer (PE), Dissenyador de Distribució de Comunicacions Registrades (RCDD) o Especialista en Tecnologia Certificada (CTS), entre molts altres, cobrint totes les despeses d'examen. Una certificació, condueix a bonificacions monetàries substancials per reconèixer la dedicació dels empleats a millorar-se i a la indústria.

Font: IEEE spectrum

El paper de la intel·ligència artificial en les xarxes intel·ligents.

Durant les últimes tres dècades, la investigació en intel·ligència artificial (IA) ha evolucionat amb una àmplia gamma de tècniques i enfocaments els quals,  poden ser  utilitzats per resoldre problemes complexos del sistema elèctric  com  pot ser la planificació, l'explotació del sistema elèctric, l'estabilitat després d'un incident, que fins ara no han tingut una solució. 

Font: Medium.com

D'altra banda, el concepte de xarxa intel·ligent, el qual va sorgir a principis del segle XXI per aprofitar les millores de les tecnologies de la informació i la comunicació en la indústria elèctrica, pretenia abordar problemes de seguretat en els sistemes d'energia centralitzats, així com  preveure laugment de la penetració de les energies renovables mitjançant el desplegament dels comptadors intel·ligents i poder establir una situació que aportés  benefici pels consumidors, cmomercialitzadors i distribuïdors.

Font: www.electricalindia.in

Tot i que l’aplicació de mètodes basata en IA en algunes àrees  del sistema elèctric encara és complicat, principalment per  la seva capacitat computacional o fins i tot de la seva intractabilitat computacional, és cert que ja s’han aplicat amb èxit una àmplia gamma de tècniques de IA, destinades a enfortir tota la xarxa les quals, cobreix les àrees de generació, transport, distribució i consum d’electricitat, així com la desregulació del mercat elèctric,  les quals,  es poden classificar en les següents tres classes:

Font: Medium.com

1. Optimització de sistemes d'energia renovable i sostenible (RSES): microgrids, centres energètics, centrals elèctriques virtuals, agregadors de càrregues, entre d'altres, en els tres nivells de control d'estabilitat transitòria, gestió energètica diària i planificació d'inversions. L'adequada optimització té una importància cabdal per aconseguir sistemes eficients i, alhora, rendibles per al disseny, funcionament i control de les RSES. En aquest sentit, tradicionalment s'han emprat tècniques d’optimització matemàtica per proporcionar solucions analítiques per optimitzar sistemes d’energies renovables clàssics i sense complicacions híbrides. No obstant això, l'escalada en el nombre de variables i restriccions per la pressa de decisió, així com l'augment de la no-linealitat i la no convexitat dels problemes d'optimització de les RSES, especialment en el cas de xarxes d'energia multi-vectorials, van fer que els mètodes exactes no poguessin resoldre aquests problemes sense una sèrie de suposicions simplificadores que redueixen significativament la precisió de la solució. Afortunadament, l’arribada dels nous enfocaments estocàstics d’optimització, han resolt substancialment aquest problema. Tot i que aquestes tècniques  no asseguren l’òptimitat global de la solució obtinguda, la seva eficàcia superior sobre els mètodes precisos en el camp d’investigació de l’optimització de les RSES es demostra tant empíricament com conceptualment. RSES.                                                                                                                                                                                                                                                       

2. 

   Font: Medium.com

   Previsió a curt i llarg termini de la demanda energètica: els preus de l’energia i les potències de sortida de fonts basades en la climatologia, necessiten d'una previsió d’alta precisió de les variables d’entrada per els models de sistemes energètics els quals poden servir de base per millorar aquests models per aproximar millor les situacions del món real. En aquest context, s'han desenvolupat un conjunt de tècniques que permeten avançar en la qualitat de les previsions com a aportacions als models numèrics dels sistemes energètics. Segons la naturalesa temporal del problema ,és a dir, l’horitzó de predicció, l’anàlisi de la previsió es pot dur a terme en quatre horitzons temporals projectats:
   1. Ultra-curt termini ( a nivell de segons) per a aplicacions d'avaluació de rendiment dinàmic i estabilitat,
   2. Molt curt termini (que oscil·len entre  minuts i l’hora) per a anàlisis de seguretat energètica, que permetin el control preventiu del sistema,
   3. Curt termini (que van des d’una hora fins a 72 hores) per al despatx econòmic, el compromís de la planta de generació, la programació de manteniment a curt termini i les aplicacions d’ofertes de mercat d’energia, i
   4. Mitjà i llarg termini (fins a diversos anys per endavant) per a la planificació del manteniment d'equips, la modelització de la política energètica, la planificació de l'expansió de recursos de generació / xarxes de transport i aplicacions de planificació del sistema d'energia inicial.                                                                                                                                                     

3. 

   Font:/www.euractiv.com

   Estimació d’estat intel·ligent i reconeixement de fallades: amb propietats d’auto-restauració per millorar la resiliència dels sistemes. Tot i que la transformada wavelet s’aconsegueix tradicionalment per diagnosticar les localitzacions i els tipus de falles que es produeixen en els sistemes d’energia, el desenvolupament d’anàlisi de grans dades i la IA ha derivat a noves tendències en aquest àmbit de recerca. En aquest context, s’han aplicat amb èxit un seguit de tècniques de mineria de dades basades en el reconeixement de patrons per detectar falles del sistema d’energia agrupant les característiques de cada escenari, com ara: l’algoritme k-means. Al mateix temps, es pot explotar el potencial de l'IA per permetre el self-healing de sistemes d'energia sota contingències crítiques, cosa que ha contribuït significativament a facilitar la implementació d'accions correctives o de reforç automatitzades, immediates, cosa que millora la robustesa dels sistemes.

En conclusió, els mètodes de l'IA que es poden adaptar o utilitzar directament per resoldre problemes complexos del sistema d’energia elèctrica, han jugat i seguiran jugant un paper significatiu en revolucionar tot el sector energètic des de la generació fins la distribució, per tal d’habilitar el integració a gran escala de fonts renovables en xarxes energètiques.

Ramon Gallart

Comprensió de l'estructura electrònica.

Un equip internacional de recerca dirigit per físics de la Universitat de Colònia, han implementat una nova variant de l'experiment bàsic de doble tall mitjançant dispersió de raigs X al ESRF del sincrotró a Grenoble. 

Aquesta nova variant ofereix una més profunda comprensió sobre l'estructura electrònica dels sòlids. Aquest grup de recerca ha presentat els seus resultats en un estudi titulat "Resonant inelastic X-ray incarnation of Young's double-slit experiment" al Science Advancements.

Un intens feix de fotons de raigs X d'alta energia (violeta) incideix amb dos àtoms de iridium adjacents (verds) en el cristall. Això excita els electrons en els àtoms per poc temps. Els àtoms emeten fotons de raigs X que se superposen darrere dels dos àtoms d'iridium (vermell) i es poden analitzar com a imatges d'interferència.
Font: Markus Grueninger, Universitat de Colònia

L'experiment, té una importància fonamental en la física. Fa més de 200 anys, Thomas Young va difractar la llum en dues franjes adjacents, generant patrons d'interferència (imatges basades en la superposició) darrere d'aquesta doble franja. Així, es va demostrar la naturalesa de l'ona de la llum. Al segle XX, els científics han demostrat que els electrons o molècules escampades en una doble fosa mostren el mateix patró d'interferència, que contradiu la clàica expectativa del comportament de les partícules, però es pot explicar en el dualisme ondulatori-quàntic-mecànic. En canvi, els investigadors de Colònia van investigar un cristall d'òxid d'iridi (Ba 3 CeIr 2 O 9 ) mitjançant una dispersió de resonant inelastic X-ray scattering (RIXS).

El cristall és fortament irradiat amb fotons de raigs X  colimats i d'alta energia. Els rajos X estan dispersos en el cristall pels àtoms d'iridium, que assumeixen el paper de les franjes o escletxes en l'experiment clàssic de Young. A causa del ràpid desenvolupament tècnic de RIXS i una selecció hàbil de l'estructura de cristall, els físics van observar la dispersió en dos àtoms d'iridium adjacents.

Un equip de recerca internacional ha implementat una nova variant de l'experiment bàsic basat en el resonant inelastic X-ray scattering at the European Synchrotron ESRF in Grenoble de doble tall. Font: ESRF / Jayet

El patró d'interferència, diu molt sobre l'objecte de dispersió, el doble tall dimer. A diferència de l' experiment clàssic, els fotons dispersos inelàsticament de raigs X,   proporcionen informació sobre els estats excitats del dimer, en particular la seva simetria i, per tant, sobre les propietats dinàmiques físiques dinàmiques del sòlid.

Aquests experiments RIXS, requereixen un sincrotró modern com una font de llum de raigs X extremadament brillant i una sofisticada configuració experimental. Per excitar específicament només els àtoms d'iridium, els científics han de seleccionar la petita proporció de fotons amb l'energia adequada de l'ampli espectre del sincrotró, i els fotons disseminats es seleccionen encara més estrictament d'acord amb l'energia i la direcció de la dispersió per tant, només queden alguns fotons. Amb la precisió requerida, aquests experiments RIXS només són actualment possibles en dos sincrotrons de tot el món, incloent l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) a Grenoble, on l'equip de Colònia ha dut a terme el seu experiment.

Els dos àtoms d'iridi adjacents (dimer) es mostren en color verd. Els elements oxigen (O, vermell), bari (Ba, gris) i ceri (Ce, turquesa) també estan implicats en l'estructura cristal·lina. Font: Markus Grueninger, Universitat de Colònia

Amb aquest experiment RIXS, es va poder demostrar una predicció teòrica fonamental a partir del 1994. Això obre una nova porta per a tota una sèrie d'experiments addicionals que  permetran comprendre millor les propietats i funcionalitats dels sòlids. .

Font: Universitat de Colònia

Detecció dels límits dels aïllants.

Font: Google

Els aïllants que  s'estan portant als seus límits, són prometedors per a  aplicacions interessants tecnològiques. No obstant això, fins ara les seves característiques no s'han entès completament. Els físics de la Universitat de Goethe han modelat els anomenats aïllants topològics amb l'ajuda de gasos quàntics ultra-freds. En l'actual edició  del Physical Review Letters, es demostra com es podrien detectar els estats límits.

Donat un disc fet d'un aïllant amb una límit en la direcció al llarg del qual un corrent sempre flueix en la mateixa direcció això, fa impossible que s'impedeixi a una partícula quàntica, perquè l'estat de fluir en l'altra direcció, simplement no existeix. En altres paraules: a l'estat del límit, el corrent flueix sense resistència. Això es podria utilitzar, per exemple, per augmentar l'estabilitat i l'eficiència energètica dels dispositius mòbils. També s'està investigant sobre com utilitzar-ho per construir làsers més eficients.

Font: Google

En els últims anys per comprendre millor el seu comportament, els aïllants topològics també s'han produït en gasos quàntics ultra-freds. Aquests gasos es produeixen quan un gas normal es refreda a temperatures entre una milionèsima i la milionèsima part d'un grau superior al zero absolut. Això fa que els gasos quàntics ultra-freds siguin els llocs més freds de l'univers. Si un gas quàntic ultra-fred també es produeix en una xarxa òptica feta de llum làser, els àtoms del gas es disposen tan regularment com a la xarxa cristallina d'un sòlid. Tanmateix, a diferència d'un sòlid, molts paràmetres poden variar, permetent estudiar estats quàntics artificials.

En un simulador quàntic, revela moltes coses que tenen lloc en sòlids. Usant gasos quàntics ultra-freds en xarxes òptiques, es pot comprendre la física bàsica dels aïllants topològics.

Una diferència significativa entre un gas sòlid i un de quàntic,  és que els gasos en forma de núvol no tenen límits definits. Llavors, com s'utilitza un aïllant topològic en un gas ultra-fred on es troben els seus estats frontals? Els investigadors del grup de recerca del professor Walter Hofstetter a l'Institut de Física Teòrica de Goethe University van respondre aquesta pregunta en el seu estudi. Van modelar una barrera artificial entre un aïllador topològic i un aïllador normal. Això representa el límit de l' aïllador topològic al llarg del qual es forma l'estat del límit conductor.

Font: Google

Es demostra que l'estat del límit, es caracteritza per les correlacions quàntiques que es poden mesurar en un experiment amb un microscopi de gas quàntic. La Universitat de Harvard, el MIT i l'Institut Max-Planck per a l'Òptica Quàntica de Munic, realitzen aquest tipus de mesures. Un microscopi de gas quàntic és un instrument amb el qual es poden detectar àtoms individuals en experiments. Per aquest treball, és fonamental que s'expliqui explícitament la interacció entre les partícules del gas quàntic. Això fa que la investigació sigui més realista, però també molt més complicada. Els càlculs complexos no es podien dur a terme sense una super-computadora. L'estreta col·laboració amb científics europeus líders en el context de la Unitat de Recerca DFG  "Camps de mesurament artificial i fases topològiques interactives en àtoms ultracables" també és de particular importància per aquesta recerca.

Font: Goethe University Frankfurt am Main

Mesurar la capacitat d'aprenentatge de la IA, és difícil.

En un estudi publicat al Nature Machine Intelligence, els investigadors de la Universitat de Waterloo, van trobar que contràriament a la saviesa convencional, no hi ha un mètode exacte per decidir si un problema determinat pot ser resolt amb èxit mitjançant eines de deep learning.

Font: Google

Cal anar amb compte ja que hi ha una gran tendència amb les eines que tenen molt èxit, però ningú entén per què tenen èxit, i ningú pot proporcionar garanties en que continuaran tenint èxit.

En situacions on només cal una resposta del tipus  'sí' o 'no', es sap exactament què és el que es pot fer o no mitjançant algorismes de deep learning, però, quan es tracta de configuracions més generals, no es pot distingir les tasques que no s'aprenen.

En l'estudi, Ben-David i els seus col·legues van considerar un model d'aprenentatge anomenat estimació del màxim (EMX), que captura moltes tasques comunes de deep-learning. Per exemple, tasques com identificar el millor lloc per localitzar un conjunt d'instal·lacions de distribució per optimitzar la seva accessibilitat per als futurs consumidors. La investigació va trobar que cap mètode matemàtic, mai podria explicar, donada una tasca en aquest model, si una eina basada en IA, podria gestionar aquesta tasca o no.

Font: Amazonaws.com

Aquest descobriment, és una sorpresa per a la comunitat investigadora, ja que s'havia cregut que una vegada que es proporciona una descripció precisa d'una tasca, es podria determinar si els algorismes del deep learning podrien aprendre i dur a terme aquesta tasca.

L'estudi, sobre  'l'aprenentatge pot ser indecidible', van ser coautor  Ben-David, Pavel Hrubeš de l'Institut de Matemàtiques de l'Acadèmia de Ciències de la República Txeca, Shay Morgan del Departament d'Informàtica de la Universitat de Princeton, Amir Shpilka, Departament de Informàtica, Universitat de Tel Aviv i Amir Yehudayoff del Departament de Matemàtiques, Technion-IIT.

Font: Universitat de Waterloo

Autopista de dades per a les futures xarxes d'Internet

Un equip internacional d'investigadors liderat per l'ANU, està ajudant a construir una autopista de dades segures per a l'esperada Internet quàntica, que promet una nova era d'intel·ligència artificial i comunicació ultra segura.

Font: Google

El professor associat, Andrey Sukhorukov, va dir que les dades que es comparteixen en aquest futur Internet, es guardarien en partícules de llum, ja que poden emmagatzemar una gran quantitat d'informació.

Les partícules de llum, es mouen de manera molt ràpida, per la qual cosa, per a propòsits de control de qualitat, s'ha desenvolupat una manera de controlar-les i mesurar-les a través de circuits quàntics, que són com autopistes per a aquestes  partícules.

Kai Wang, Ph.D. del Centre de Física No Lineal que treballava en tots els aspectes del projecte, va dir que les mesures de les partícules de llum, poden interferir en el funcionament del circuit quàntic per això, l'equip necessita trobar una solució a aquest repte.

Font: Opli.net

L'equip va dissenyar un innovador sistema de detectors al llarg dels circuits quàntics per controlar partícules de llum sense perdre la informació que estan emmagatzemant, preservant l'estat quàntic que es transmet.

S'han guiat les partícules de llum en dos camins paral·lels, com dos carrils en una carretera: un carril té un límit de velocitat més ràpid que l'altre, i les partícules de llum, poden canviar lliurement de carrils.

Al llarg d'ambdós carrils hi ha diversos detectors per comprovar simultàniament quantes partícules de llum van passar aquests detectors al mateix temps.

Font: Amazonaws

A través de repetides deteccions, els investigadors van obtenir una imatge completa d'aquestes partícules de llum a mida que anaven entrant i sortint de les zones de detecció.

S'ha perdut una petita part de les partícules  de llum a través d'aquest procés, sense afectar l'estat quàntic de les partícules de llum transmesa.

Aquest sistema de detecció es pot integrar a una gran xarxa integrada de circuits quàntics, per ajudar a controlar partícules de llum  en temps real.

El grup de recerca col·laborador dirigit pel professor Alexander Szameit a la Universitat de Rostock a Alemanya, va posar a prova la viabilitat d'aquest nou enfocament en experiments amb circuits òptics fabricats a mida.

Font: Universitat Nacional d'Austràlia

Primera linia de transport a 1,1 MV.

L'operador principal de la xarxa de transport de la Xina, ha energitzat la seva línia més gran i més potent, amb un voltatge de 1,1 MVdc, el que significa un nou rècord mundial de tensió, distància i potència.

La nova línia d'alta tensió (UHVDC) construïda per la State Grid Corporation de Xina,  pot transportar fins a 12 GW. Això és suficient per alimentar 50 milions de llars xineses, segons una declaració emesa  per State Grid darrerament. També és quasi un 50% més  del nivell de tensió respecte la majoria de les línies UHVDC  que disposa la State Grid i que s'han creat durant l'última dècada, que són de 800 kV.

Font: IEEE spectrum

La nova línia UHVDC de 1.100 kV està connectada a una  xarxa de corrent altern en una estació de convertidors AC/DC propera al capitoli de Xinjiang, un vast territori nord-occidental de la Xina , i envia energia de corrent continu a una segona estació de convertidors a la província d'Anhui, a l'est de la Xina. Aquest recorregut de 3.293 km, incrementa el rècord de distància de transport de potència en més de 900 km.

State Grid  manifesta que aquesta nova xarxa de transport, sgueix el camí de l'antiga ruta del corredor Hexi del nord-oest de la Xina i pot substituir l'equivalent a 25.000 generadors de centrals de generació de carbó que hi ha a les ciutats molt contaminades del nord de la Xina. A més de lluitar contra la contaminació, també podria oferir una forta reducció de les emissions de gasos d'efecte hivernacle si la  State Grid prioritza l'exportació de l'abundant energia solar i eòlica del nord-oest.

Els primers estudis de risc-benefici van identificar el nivel de tensió de 1.100 kV com el següent pas  que impactarà gràcies als grans transformadors de VCA que hi han entre les estacions de conversió i les xarxes de CA. Instal·lar un nombre menor de grans transformadors és més rendible, però per a una estació de convertidor de 1.100 kV, fer transformadors en aquest nou nivell de tensió, podrien ser complicats de fabricar.

Font: IEEE spectrum

Els transformadors de les noves estacions de conversió de 1.100 kV d'State Grid són mòbils, però són poc petits. ABB en base en Zuric, que va subministrar alguns dels components de la nova línia, juntament amb Siemens amb seu a Munic i diversos proveïdors xinesos, afirma que els transformadors que va construir per al projecte de State Grid pesen 800 _tones mètriques i s'estenen fins a 37 metres de longitud. Un dels proveïdors nacionals de State Grid, TBEA , va realitzar part de la fabricació de transformadors UHV a Xinjiang per minimitzar els costos de transport.

També es va necessitar altres components preparats per suportar els 1,1 MV, com ara són les línies elèctriques i els suports o torres de transport, per poder gestionar aquets camps electromagnètics sense precedents del sistema. 

La tecnologia UHVDC va ser vista pel president xinès Xi Jinping com una tecnologia clau per al seu programa de desenvolupament internacional  Belt and Road. Durant la cimera de desenvolupament sostenible de les Nacions Unides de l'any 2015, Xi va proposar la construcció d'enllaços energètics intercontinentals per compartir, de forma més massiva, l'intercanvi transfronterer d'energies renovables.

Però la UHVDC també té un paper important a nivell nacional, on Xi ha promès transformar de nou els cels de la Xina. En concret, Xi s'ha compromès a posar fi a l'abandonament desenfrenat de la generació d'energia renovable, en què les plantes d'energia eòlica, solar i hidroelèctrica es tanquen deliberadament a causa de la capacitat de la xarxa i els límits d'estabilitat o simplement per deixar espai a la generació de carbó.

Font: IEEE spectrum

La nova línia d'1.100 kV de State Grid podria ajudar a gestionar i incrementar l'energia renovable, ja que les centrals de vent i energia solar de Xinjiang es troben entre les més grans de la Xina i també les més reduïdes del país. Més d'una cinquena part del potencial de generació solar de Xinjiang i una quarta part de la seva energia eòlica es va desaprofitar el 2017, segons les estadístiques del govern xinès. Enviar aquesta potencia a l'est de la Xina en lloc de perdre's ajudaria a State Grid a complir amb la promesa de Xi per reduir la reducció en menys del 5 % en totes les regions per a l'any 2020.

State Grid està treballant dur per assolir aquest objectiu. Mentre  12 generadors de nova generació d'energia de carbó es van planificar juntament amb el projecte UHVDC de State Grid de 1.100 kv, moltes de les plantes previstes van ser cancel·lades. Almenys més de la meitat seran de potència renovable.

Una altra qüestió afecta l'impacte de la tecnologia de 1.100 kV d'State Grid:  els seus fluxos de potència massius poden integrar-se de manera segura amb les xarxes orientals congestionades de la Xina?

Font: IEEE Spectrum

Deep-Learning per a aplicacions energètiques i mediambientals.

Un estudiant de física de la Universitat de West Virginia, ha creat un nou model de deep-learning que té el potencial de fer que la recerca de materials energètics i ambientals sigui més eficient.

Font: Google

Gihan Panapitiya, estudiant de doctorat de Sri Lanka, va publicar un estudi al Journal of the American Chemical Society amb el model per predir les energies d'adsorció o capacitats adhesives en les  nanopartícules d' or.

Recentment, el deep-learning ha entrat en el punt de mira i es vol fer alguna cosa relacionant  amb el deep-learning  amb les nanopartícules d'or com a catalitzadors.Predir les energies d'adsorció d'aquesta propietat de partícules és molt difícil i el coneixement sobre les energies d'adsorció és important per a aplicacions catalítiques en aplicacions energètiques, ambientals i fins i tot biomèdiques. Es va  pensar que si es podia utilitzar el deep-learning per predir aquestes energies d'adsorció sense gaire dificultat, això permetria als investigadors trobar fàcilment nanopartícules amb propietats desitjades per a una aplicació determinada.

Destacat en la portada del número 19 de desembre de 1910 del Journal of the American Chemical Society, Panapitiya i els seus coautors van utilitzar les propietats geomètriques de l'or, incloent el nombre d'àtoms, per provar el model. Van obtenir una velocitat de predicció del 80%, la taxa més alta possible per als models de deep-learning que calculen les energies d'adsorció de les nanopartícules basades únicament en propietats geomètriques.

Font: Wvpress

Es dona a l'algoritme de deep-learning dades completament invisibles perquè, si està entrenat, es pot reconèixer i trobar l' energia d'adsorció només en funció de les característiques que no ha vist. Si s'utilitzen propietats geomètriques, no cal que fer cap càlcul, cosa que fa que el procés de predicció sigui molt ràpid i fàcil de reproduir.

També van provar l'algoritme amb diferents tipus i mides de nanopartícules per demostrar que el model té la mateixa precisió de predicció per a qualsevol nanopartícula de qualsevol mida i forma.

Els importants esforços de recerca de Gihan, han donat fruits en termes de resultats realment sorprenents, i merescudament. Els nanocatalitzadors  a base d'or bimetàlics, proporcionen una major sintonització en les nanoestructures i les composicions químiques que permeten millorar la seva reactivitat, selectivitat i estabilitat per assolir les eficiències catalítiques desitjades. Predir correctament les seves propietats impulsarà els avenços tecnològics.

Font: Google

Les nanopartícules d'or s'utilitzen habitualment com a catalitzadors d'aplicacions energètiques i ambientals i en aplicacions biomèdiques com la bioimatge i el marcatge biològic.

Per exemple, les nanopartícules d'or es poden utilitzar com a etiquetes fluorescents per a aplicacions d'imatges biològiques. La bioimatge és essencial per entendre la naturalesa i la propagació d'una malaltia com el càncer. Quan les cèl·lules canceroses humanes poden interactuar amb les nanopartícules d'or , les nanopartícules s'adhereixen a les cèl·lules cancerígenes, que s'anomena marcatge biològic. Després d'un temps d'unió, les cèl·lules cancerígenes emeten luminescència, que es poden recollir per a la imatge d'aquestes cèl·lules cancerígenes.

Font: Universitat de West Virginia

Premis com estimuladors de la innovació

En el any 1714, el Parlament britànic va aprovar la Longitude Act, que oferiria una recompensa en diners per a qualsevol que pogués idear un mètode pràctic per mesurar la longitud al mar. 

Si bé la determinació de la longitud pot semblar una cosa trivial en l'actual món de telèfons intel·ligents i satèl·lits GPS, en aquell moment, es tractava d'un gran desafiament tècnic. Es va trigar molts anys, però l'estratègia va funcionar, donant lloc al desenvolupament del cronòmetre marí, una màgica meravella mecànica que, sens dubte, va salvar la vida d'innombrables mariners.

Font: IEEE spectrum

Per descomptat, els premis s'han utilitzat per estimular la innovació en molts altres àmbits. Normalment els han ofert els governs. Però actualment també ho estan fent, les empreses privades. Per exemple, el premi Netflix d'un milió de dòlars nord-americans , concedit en el 2009 a un equip que va idear un algoritme que podria vèncer el sistema de recomanació Cinematch de la companyia, va ajudar a reactivar la popularitat d'aquests premis.

En particular, el Premi Netflix va ajudar a donar lloc a l'actual concurs de premis Zillow, que desafia als científics a presentar un sistema informatitzat que pugui vèncer el mètode actual de Zillow per predir els preus de les cases, cosa que la companyia anomena Zestimate.

Stan Humphries , director general d'anàlisi del Zillow Group de Seattle, explica que el Zestimate va ser el primer producte que Zillow va crear quan la companyia va llançar en el 2006, sent essencial per a l'objectiu de Zillow de convertir-se en un principal portal d'informació al mercat immobiliari.

Font: IEEE Spectrum

Imatges relacionades de Humphries diu que el Zestimate feia una estimació amplia per estimar a quan es vendria una casa, l'algorisme tenia un error mitjà del 14 per cent. Ell i els seus col·legues van ser capaços de reduir el nivell d'error al voltant del 4 per cent. Però volien fer-ho encara millor. Així que van decidir "convidar a la comunitat mundial de ciències de dades" a participar, una invitació que va venir amb la possibilitat qui  fos intel·ligent i afortunat, podria guanyar el Premi Zillow d'1 milió de dòlars, que es lliurarà a principis de 2019. 

Uns 4.000 grups, van participar en la primera ronda del concurs per fer les valoracions de les cases de Zillow, quan va començar  en el 2017. Un centenar d'equips es van traslladar per competir en la segona i última ronda. El criteri de qualificació és el que la precisió basada en els sistemes dels concursants van obtenir al juliol del 2018, per predir els preus reals de vendes d'un gran conjunt d'habitatges dels EUA  el quals, finalment  es van vendre al setembre i octubre.

Els participants de la primera ronda podrien utilitzar només les dades d'entrada que subministrava Zillow, que consistia en el tipus d'informació que es pot trobar en una base de dades de propietat municipal o en un llistat típic de béns i immobles. Però per a la segona ronda també,els concursants  van poder obtenir dades d'altres fonts.

La part superior de la taula de classificació de la primera ronda es va anomenar Zensemble, que es compon de dades de tres experts d'Austràlia, Israel i Estats Units: Dmytro Poplavskiy, Jonathan Gradstein i Russ Wolfinger.

Font: IEEE Spectrum

Wolfinger és director de descobriment científic i genòmica a SAS , una empresa de Cary, NC, que desenvolupa programari per a l'anàlisi estadístic. Aquesta no és la primera vegada que Wolfinger competeix en alguna cosa així. De fet, ha estat molt actiu a Kaggle , que acull una varietat de concursos de deep-leaning.  

Està participant una gran proposta, que te en compte la potencia de computació necessària per ser competitiu. En realitat,  molts nois de Kaggle construeixen les seves pròpies màquines de deep-leanring. 

És massa aviat per saber si els concursants realment dissenyaran alguna cosa que millori l'actual esquema  de Zillow per  valorar cases el qual,  ja és bastant bo.  Es disposa d'un gran equip de professionals de la IA que treballen en aquest problema, no obstant això, s'espera aprendre molt dels  estrangers que es presenten el premi Zillow. És a dir, el premi no és només un truc publicitari ja que,  realment s'espera millorar el  Zestimate. Això permet recorrer un llarg camí per explicar per què Zillow va exigir que els 100 equips de la ronda final cedissin drets de propietat intel·lectual al seu programari a l'empresa.

Font: IEEE spectrum

Metamaterial amb un transport sonor inherentment robust.

Investigadors del Centre de Recerca en Ciències Avançades (ASRC) del Centre de Postgrau de The City University of New York i el City College of New York (CCNY), han desenvolupat un metamaterial que pot transportar so en formes extraordinàriament robustes al llarg de les seves arestes i localitzar-lo a les cantonades.

Font: Google

Segons un nou article publicat recentment al Nature Materials, aquest nou material d'enginyeria crea una robusta estructura acústica que, de manera inusual, pot controlar la propagació i la localització del so fins i tot quan hi ha imperfeccions de fabricació. Aquesta única propietat, pot millorar les tecnologies que utilitzen ones de so, com són els sonars i els dispositius d'ultrasò, fent-los més resistents als defectes.

La investigació és una col·laboració entre els laboratoris d'Alexander Khanikaev, un professor dels departaments d'enginyeria elèctrica i física del CCNY, que també està afiliat a l'ASRC, i d'Andrea Alù, directora de la Iniciativa Fotònica d'ASRC. El seu avanç es basa en el treball que va portar al camp de les matemàtiques anomenat topologia al món de la ciència dels materials. La topologia estudia les propietats d'un objecte que no es veu afectat per deformacions contínues. Per exemple, un donut és topològicament equivalent a una palla de plàstic, ja que tots dos tenen un forat. Un podria moldear-se en l'altre estirant-se i deformant l'objecte, sense esquinçar-lo ni afegir nous forats.

Font: Google

Utilitzant principis topològics, els investigadors van predir i posteriorment van descobrir, aïllants topològics, que són materials especials que només condueixen corrents elèctrics per les seves arestes. Les seves inusuals propietats de conducció provenen de la topologia del buit de la banda electrònica, i per tant són inusualment resistents als canvis continus, els desordres, al soroll o a les imperfeccions.

Hi ha hagut molts interessos a l'hora d'intentar ampliar aquestes idees dels corrents elèctrics a altres tipus de transport de senyals, en particular als àmbits de la fotònica topològica i l'acústica topològica. El que s'està fent, és construir materials acústics especials que puguin guiar i localitzar el so de maneres molt inusuals.

Per dissenyar el seu nou metamaterial acústic, l'equip 3D -va imprimir una sèrie de petits desordres, disposats i connectats en una xarxa triangular. Cada unitat de trimer consistia en tres ressonadors acústics. La simetria rotacional dels trimers, i la simetria quiral generalitzada de la retícula, van donar a l'estructura propietats acústiques úniques que es deriven de la topologia del seu grup de banda acústica.

Font: Google

Els modes acústics dels ressonadors van hibridar, donant lloc a una estructura de banda acústica per a tot l'objecte. Com a resultat, quan el so es reprodueix a freqüències fora del buit de banda, es pot propagar a través de la major part del material. Però quan el so es reprodueix a freqüències dins de la  banda, només es pot recórrer els límits del triangle o localitzar-se a les cantonades. Aquesta propietat,  no es veu afectada pels errors de desordre o fabricació.

Per trencar aquestes propietats, els investigadors van haver de reduir la simetria del material mitjançant, per exemple, canviar l'acoblament entre unitats de ressonador, que canvia la topologia de l'estructura de la banda i, per tant, canvia les propietats del material.

Font: Google

S'ha estat els primers en construir un metamaterial topològic per al so que dóna suport a diferents formes de localització topològica, al llarg de les seves vores i als seus racons. També es va demostrar que les tècniques avançades de fabricació basades en elements acústics impresos en 3D, poden realitzar geometries de complexitat arbitrària en una plataforma senzilla i flexible, obrint oportunitats pertorbadors en el camp dels materials acústics. Recentment s'ha treballat en sistemes 3D dissenyats amb  metamaterials basats en aquestes tècniques, que ampliaran les propietats dels materials acústics i ampliaran les capacitats dels dispositius acústics".

S'està mostrant, fonamentalment, que és possible permetre noves formes de transport sonor que són molt més robustes del que s'està acostumats. Aquests resultats poden trobar aplicacions en imatges d'ultrasò, acústica subaquàtica i la tecnologia sonar.

Font: Nuture Materials