En el 2019, hi hauran taxis sense conductors?

Una fita important en el món de l'automòbil és el desplegament generalitzat de l'autocoducció de nivell-4, on el cotxe viatja sense supervisió. Waymo, empresa de Google que va sortir de la recerca d'automòbils de conducció automàtica, va manifestar que iniciaria un servei de taxi comercial de nivell-4 per finals del 2018. I GM Cruise , de San Francisco, es compromet a fer el mateix pel 2019, utilitzant un Chevrolet Bolt que no té volant ni pedals.

Aquests cotxes no funcionarien en totes les condicions ni regions. Però dins d'algun domini limitat operatiu, tindran l'aspecte d'un cotxe totalment robotitzat. La qüestió és com es limitarà aquest domini.

Al Desembre del 2018, Waymo va convertir el seu projecte pilot a prop de Phoenix en un servei comercial limitat cobrant als participants seleccionats una tarifa. Però és clar que es busca un objectiu més gran o no s'hauria contractat la compra de 20.000 cotxes totalment elèctrics a Jaguar I-Pace durant els propers dos anys. GM Cruise, oferirà un servei comercial de nivell-4 en el 2019, que operarà dins de límits privats en tot moment del dia i de la nit, i en condicions climàtiques bones i dolentes. Sembla que el servei estarà disponible primerament a San Francisco.

Els límits actuals de la tecnologia, poden evitar que aquests cotxes vagin lluny dels seus bancs de dades minuciosament mapats, però, per fer-ho, necessitaran normes clares de les  administracions i reguladors de seguretat viària. Chandler, Ariz, va oferir una proposta a Waymo, però un desplegament substancial de qualsevol tecnologia de conducció automàtica requeriria un reglament uniforme a nivell nacional. Fins ara, cap país no ha ofert  per als cotxes de nivell-4.

Aquest any, Audi diu que serà la primera companyia del món a vendre un cotxe de nivell-3 directament al públic, un sedan Audi A8 amb una opció particular. S'anomena Traffic Jam Pilot, ja que només funciona a velocitats de menys de 50 quilòmetres per hora, i requereix que el conductor estigui preparat per conduir-lo després d'una advertència; que és el que defineix el nivell-3.

Però Audi, per  ara, només té previst oferir aquesta opció a Alemanya i als països propers amb regles similars de trànsit. Als Estats Units, les regles encara no estan fetes.

Foto: GM

No hi ha volant: no hi ha res a la vista des del Cruise AV, un format modificat del Chevrolet Bolt totalment elèctric. No hi ha pedals ni miralls retrovisors. No obstant això, les normes de seguretat viària dels EUA encara requereixen de totes aquestes parts.

El regulador principal dels Estats Units, l' Administració Nacional de Seguretat en el Transport per Carreteres (NHTSA), va preveure haver publicat noves normes per a automòbils autònoms fa uns mesos. Però això no és suficient de manera que, es parla de revifar un projecte de llei del Senat dels EUA que estableixi una política uniforme, per anar amb un projecte de contrapartida que ja ha aprovat la Cambra de diputats.

Audi, per a ara, no té molta pressa als cotxes de nivell-4. La seva filial de Munic, Autonomous Intelligent Driving , està fent tot el treball en aquest sistema, i la companyia matriu no vendrà els robocars resultants abans de temps -potser  fins ben entrat el 2020. Toyota realitza estimacions similars.

Totes les empreses que treballen en aquest camp poden fer-ho en el nivell-4 en un domini restringit, però fins a quin punt seria comercialment viable?

Pratt comenta que '...el nivell-4 no tindrà sentit econòmic fins que els cotxes puguin gestionar amb més seguretat una àmplia gamma d'entorns de conducció  millors que els conductors humans. Estem realment aquí com una societat, i el govern ha establert les regles? Crec que la resposta és que no. La sensibilitat al posar traves, és molt alta...'

Font: IEEE Spectrum

Bits magnètics controlables, més ràpids i més petits

Per a moltes de les modernes aplicacions tècniques,  els enginyers volen,  desfer-se de la resistència elèctrica i la seva producció de calor.

Tanmateix, resulta que una mica de producció de calor a partir de la resistència és una característica desitjable de les capes metàl·liques primes per a aplicacions del spintronic com  seria la memòria d'estat sòlid. De la mateixa manera, si bé, sovint els defectes són indesitjables en la ciència dels materials, aquestos, es poden utilitzar per controlar la creació de quasi-partícules magnètiques conegudes com skyrmions.

En publicacions separades, les quals recentment van ser publicades a la revista Nature Nanotechnology i a Advanced Materials,  investigadors del  MIT, el professor Geoffrey SD Beach, i els seus col·legues de Califòrnia, Alemanya, Suïssa i Corea, van demostrar que podrien generar moviments estables per materials ràpids i en formulacions especials, en capes a temperatura ambient, establint nous registres mundials per a la mida i la velocitat. 

Pel que fa a la investigació publicada a Advanced Materials, els investigadors van crear un cable que acumula 15 capes repetides d'una aliatge de metall especialment fabricat amb platí, que és un metall pesat, bor, ferro,cobalt, els quals, són materials magnètics i magnesi-oxigen. En aquests materials fets en capes, la interfície que hi ha entre la capa de metall de platí, el ferro i el cobalt, creen un entorn on es poden formar cel·les aplicant un camp magnètic extern perpendicular a la capa i els polsos de corrent elèctric que recorren la longitud del cable.

Estructura previsible

Després de desenvolupar una sèrie d'eines teòriques, ara no només es pot predir l'interior de l'estructura i la seva grandària del skyrmion  sinó també, es pot resoldre un problema aplicant  enginyeria inversa;  es pot per exemple, dir que es vol tenir un skyrmion d'aquesta mida de manera que es podrà generar els paràmetres de les múltiples capes o materials, que conduiran a la mida d'aquest skyrmion.

Una característica fonamental dels electrons, és la seva rotació la qual, pot apuntar cap amunt o cap avall. Un skyrmion és un cúmul circular d'electrons on els spins són oposats a l'orientació dels electrons circumdants, i els skyrmions es mantenen en sentit horari o en sentit contrari.

No obstant això, a més d'aixó, també s'ha descobert que les línies de les cel·les magnètiques en multi-capes,  desenvolupen una naturalesa complexa depenent del gruix.

Les actuals investigacions, demostren que, si bé aquesta estructura trencada de cel·les té un menor impacte en la capacitat de calcular la mida mitjana de la cel·la, això afecta significativament el comportament induït.

Límits fonamentals

Pel que fa al paper a Nature Nanotechnology, els investigadors van estudiar un material magnètic diferent, fet de platí amb una capa magnètica d'aliatge de cobalt gadolini i òxid de tàntal. En aquest material, els investigadors van demostrar que podien produir cel·les tan petites com 10 nanometres i van establir que podrien moure's amb rapidesa en el material. El que s'ha descobert en aquest article, és que els ferro-magnets tenen límits fonamentals per a la mida de la quasi-partícula que es pot fer i la rapidesa amb què es pot conduir utilitzant els corrents.

En un ferro-magnet, com el ferro cobalí-bor, els girs propers s'alineen paral·lelament i desenvolupen un fort moment magnètic direccional. Per superar els límits fonamentals dels ferro-magnets, els investigadors van recórrer a gadoliní-cobalt, que és un ferro-magnet, en què els trossos propers alternen cap amunt i cap avall per tal que es puguin cancel·lar i generar així un moment magnètic global.

Es pot enginyar un ferro-magnet de manera que la magnetització neta sigui zero de manera que, permeti obtenir textures de spin ultrasmall o sintonitzar-lo de manera que el moment angular net sigui zero, permetent textures d'spins ultra-ràpides.

En el 2017, els investigadors del grup Beach i els seus col·laboradors van demostrar experimentalment que podien crear aquestes quasi-partícules a voluntat en ubicacions específiques introduint un tipus particular de defectes en la capa magnètica. Es poden canviar les propietats d'un material utilitzant diferents tècniques locals com, per exemple, el bombardeig iònic i fent que canviïn les propietats magnètiques. Originalment es va descobrir amb els defectes naturals en els material que es van convertir en defectes dissenyats a través de la geometria del cable.

Els investigadors van fer imatges de les línies de les cel·les en la mescla de cobalt-gadoliní a temperatura ambient en el centres Sincrotró d'Alemanya, utilitzant holografia de raigs X. És una de les úniques tècniques que poden permetre imatges  on es poden comprovar els colors d'aquesta mida.

Són tan petits com 10 nanometres, que és l'actual rècord mundial per a  temperatures ambient. Els investigadors van demostrar un moviment de la capa d'1.3 km/s, que també va ser un nou rècord mundial.

Modelització magnètica

Aquests skyrmions en aquests materials són un tipus de configuració d'spins d'electrons, mentre que els els límits del domini són un altre.

En el camp de l'espintrònica, aquestes configuracions es coneixen com solitons o  textures d'spin. Atès que les cel·les tenen una propietat fonamental dels materials, la caracterització matemàtica de la seva formació d'energia  i moviment, implica un conjunt d'equacions complexes que incorporen la seva mida circular, el moment d'impulsió angular, el moment angular orbital, la càrrega electrònica, la força magnètica, el gruix de la capa i diverses físiques especials. termes que capturen l'energia de les interaccions entre girs veïns i capes veïnes, com ara la interacció d'intercanvi.

Una d'aquestes interaccions, que es denomina interacció Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), té una importància especial per a la formació de la cel·la i sorgeix de la interacció entre els electrons en la capa de platí i la capa magnètica. En la interacció Dzyaloshinskii-Moriya, giren alineats perpendiculars entre si, de manera que estabilitza la cel·la.

Control precís

El control precís per crear cel·les magnètiques, és un tema central del camp. Aquest treball ha presentat una nova forma de generar celeritats de camp zero a través del pols actual. Definitivament aquest és un pas sòlid cap a les manipulacions de les cel·les en valors de nanosegons.

Font: Massachusetts Institute of Technology

Commutador MEMS més resistent.

Investigadors de la Universitat de Binghamton i de la Universitat Estatal de Nova York, han desenvolupat una forma de fer més duradors els telèfons mòbils i les línies elèctriques. 

El professor  d'Enginyeria Mecànica de Sherry Towfighian i l'estudiant de postgrau Mark Booth, Pallay, van crear un nou tipus de sistema micro-electromecànic, més comunament conegut com un commutador MEMS, que utilitza levitació electrostàtica per proporcionar un sistema més robust. 

Tots els telèfons mòbils utilitzen commutadors MEMS per a la comunicació sense fils, però comunament, només hi han de dos elèctrodes. Aquests interruptors s'obren i tanquen diverses vegades durant una hora, però la seva actual vida útil està limitada pel sistema dels dos elèctrodes.

Quan els dos elèctrodes entren en contacte, després de diverses repeticions, la superfície de l'elèctrode inferior es desgasta. Alguns investigadors han intentat evitar el desgast  per reduir l'àrea de contacte quan els elèctrodes contacten, però això, només retarda l'eventual fallida del material.

Es volia crear un sistema que eviti el desgast per complet de manera que, en lloc de seguir el model de dos elèctrodes, es va dissenyar un commutador MEMS amb tres elèctrodes a la part inferior i un elèctrode paral·lel als altres. Els dos elèctrodes inferiors del costat dret i esquerre es carreguen mentre els elèctrodes central i superior contacten.

Aquest tipus de commutador MEMS, normalment està tancat, però els elèctrodes laterals proporcionen una forta força cap amunt que pot superar les forces entre els dos elèctrodes centrals i obrir l'interruptor. Aquesta força, anomenada levitació electrostàtica, actualment no està disponible amb el sistema de dos elèctrodes. La capacitat de generar aquesta força evita el desgast permanent del dispositiu després d'un ús continu i permet un commutador bi-direccional segur i de qualitat.

Per als telèfons mòbils, aquest disseny significa una vida més llarga i també, menys substitucions de components. Per a les línies elèctriques, aquest tipus de commutador MEMS seria útil quan la tensió superés el límit i sigui necessari obrir l'interruptor. Aquest disseny,  permet disposar d'interruptors més fiables per controlar pics inusuals de voltatge.

L'estudi, titulat "Un canviador MEMS fiable amb levitació electrostàtica", va ser publicat a Applied Physics Letters .

Font: Universitat de Binghamton