Разные: Ученые смогли определить уровень стресса с помощью пота

Стресс, тревога и депрессия больше не относятся к состояниям, которые можно оценить лишь субъективно. Теперь их можно измерить количественно. Ученые из Швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны разработали сенсор для измерения уровня тревожности человека на основе мониторинга концентрации гормона стресса кортизола в его организме. Они сконструировали датчик, который предназначен для постоянного ношения на теле и оперативного измерения уровня стресса.

Основой технологии является анализ состава пота человека, так как пот содержит все биомаркеры состояния организма. Вопрос лишь в том, как именно их измерять – базовая методика для работы с кортизолом была разработана в Стэнфордском университете еще несколько лет назад. Это был пластырь со специальным составом, который нужно было приложить к влажной от пота коже, чтобы получить мгновенную оценку уровня кортизола.

Швейцарские ученые пошли дальше и разработали сенсор, который измеряет уровень кортизола в реальном времени и на постоянной основе. Это стало возможным благодаря применению сверхчувствительного электрода из графена, размещенного внутри такого же пластыря, который приклеивается на кожу. Его можно носить неограниченно долго и собирать данные за длительные промежутки времени, чтобы сопоставить их с конкретными событиями в жизни человека и выявить факторы стресса.

Ключевым преимуществом технологии является именно возможность детально отслеживать колебания уровня кортизола, который естественным путем сильно варьируется в течение суток. Также колебания гормонального уровня указывают на физиологические недуги, а не только эмоциональные переживания, поэтому их анализ – дело весьма непростое даже для специалистов. Сенсор уже прошел лабораторные испытания и теперь отправляется в больницы Лозанны для тестирования на реальных пациентах со стрессовыми расстройствами.

Источник — Communications Materials

В Корее появился оптический сенсорный датчик для обнаружения наркотиков в поте

Команда ученых из Корейского института материаловедения (KIMS) разработала оптический сенсорный материал для обнаружения наркотиков в поте. Разработка обеспечит быстрое и надежное обнаружение наркотиков на месте с помощью носимого датчика.

Исследователи из Южной Кореи успешно разработали носимый датчик, который может обнаруживать запрещенные препараты в поте. Ученые использовали технологии наноматериалов, которые усиливают оптический сигнал.

Технология обеспечивает быстрое и высокочувствительное обнаружение наркотиков. Датчик прикрепляется к коже на определенный период времени, а затем она облучается светом для тестирования. Весь процесс займет всего одну минуту.

Традиционный процесс обнаружения наркотиков требует сложного метода извлечения подозреваемых компонентов лекарственного средства из биологических образцов, включая волосы, кровь и мочу, а затем анализ с помощью газовой или жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии. Это занимает больше времени и требует большого помещения для прибора и квалифицированных специалистов. Хотя экспресс-наборы могут обнаруживать наркотики в моче, они выявляют только один компонент в одном тесте. Кроме того, они отличаются низкой чувствительностью.

В случае спортсменов проводится тестирование на антидопинговые препараты для выявления запрещенных веществ в крови и моче. Анализа крови часто избегают из-за опасений по поводу снижения спортивных результатов, а анализ мочи может нарушать права человека, поскольку специалист должен наблюдать за мочеиспусканием спортсмена. На крупных спортивных мероприятиях, таких как Олимпийские игры, сложно протестировать всех участников.

Исследователи сосредоточились на поте, который можно неагрессивно исследовать. Однако с ним выделяется лишь небольшое количество веществ, поэтому для лучшего обнаружения пришлось разработать высокочувствительную сенсорную технологию.

В высокочувствительном сенсорном датчике использовалась технология поверхностного комбинационного рассеяния, способная усилить комбинационный сигнал химических веществ в 1 000 раз и более. Поскольку сигнал комбинационного рассеяния света включает специфический сигнал молекул, интуитивная идентификация вещества возможна независимо от типа препарата.

Для разработки носимого оптический датчика исследователи обратили внимание на белок кокона, гибкий и пригодный для носки материал. Раствор фиброина, природного белка, экстрагировали из кокона тутового шелкопряда, чтобы получить пленку толщиной 160 нанометров (нм). Пленка покрыта серебряной нанопроволокой толщиной 250 нанометров (нм) и перенесена на медицинский пластырь, который можно прикрепить к коже.

Как только пластырь впитывает пот, лекарственное вещество, содержащееся в поте, проникает через носимый датчик и достигает серебряной нанопроволоки. Облучая пластырь рамановским лазером, лекарство можно обнаружить в реальном времени, не снимая датчик.

В Корее создали солнечную панель, которую можно свернуть в рулон

Корейские инженеры создали солнечные панели, которые можно свернуть в рулон или изогнуть так, как это требуется конструкцией. Это поможет не только упростить транспортировку подобных панелей, но и облегчить их внедрение в такие устройства, как автомобили, телефоны, и даже в одежду. О разработке пишет журнал Advanced Science.

Инженеры из Пусанского национального университета в Корее разработали прототип солнечных элементов, которые можно полностью складывать. В последние годы гибкие солнечные элементы находятся в тренде научных разработок. Обычно их делают из тонкопленочных материалов, таких как графен , диселенид вольфрама или селенид галлия, индия (CIGS), нанесенных на гибкие подложки — полимеры или даже бумагу. В результате получается солнечный элемент, который можно до некоторой степени сгибать.

Но пока они не могут полностью сложиться пополам, не сломавшись. Хотя многие электронные устройства уже освоили эту способность: например, смартфоны Samsung Galaxy Fold, которые могут открываться и закрываться, как книга.

«В отличие от просто гибкой электроники, складные устройства подвержены гораздо более жестким деформациям, с радиусом складывания всего 0,5 мм», — говорит профессор Иль Чон, автор исследования. — «Это невозможно с обычными ультратонкими стеклянными подложками и прозрачными проводниками из оксида металла, которые можно сделать гибкими, но никогда не складными».

Чтобы решить эту проблему, исследователи обратились к проводящим пленкам из однослойных углеродных нанотрубок. Они внедрили эту пленку на подложку, а затем легировали ее оксидом молибдена, чтобы улучшить ее проводимость.

Исследователи смогли сделать солнечный элемент толщиной всего 7 мкм, который мог складываться до радиуса всего 0,5 мм. Элемент смог выдержать без поломок более 10 000 циклов складывания. Они, конечно, также неплохо работали и как солнечные элементы, демонстрируя эффективность преобразования энергии 15,2% и прозрачность 80%.

Умные тележки могут навсегда изменить методику покупок в магазинах

Страх перед заражением коронавирусом в 2020 году заставил людей по всему миру сделать выбор в пользу бесконтактных средств оплаты вместо наличных. А в некоторых торговых точках пошли дальше и вообще убрали кассы, чтобы исключить контакт покупателей и персонала, а также избежать скопления людей. В частности, в супермаркете Kroger в Мадейре, штат Огайо, вместо них начали применять «умные тележки» – пока в тестовом режиме.

Реализацию технической части поручили стартапу Caper, который представил первые наработки в этом направлении еще в 2019-м, в магазине Sobeys в Оквилле, Онтарио. У торговой сети Kroger, в свою очередь, есть опыт создания сервиса удаленной доставки покупок, плюс совместный с Microsoft проект по цифровой маркировке полок и товаров в торговом зале. Новая программа под названием KroGO объединяет все предыдущие технологии.

Идея заключается в том, что сама тележка и является универсальным сотрудником магазина. При помощи встроенного планшета она подскажет, где какой товар находится, ответит на базовые вопросы, покажет рекламу новинок. Выбранный товар взвешивается на интегрированных в тележку весах, а система компьютерного зрения идентифицирует его и заносит в список покупок. Тут же под рукой есть кард-ридер для приема оплаты, а для перемещения таких тележек в магазине организована отдельная дорожка и выход, чтобы не мешать другим покупателям.

Данная система позиционируется как конкурент Amazon Go и выгодно отличается от нее тем, что не требует оснащать торговый зал десятками камер и сенсоров. С другой стороны, очень многое зависит от лояльности самих покупателей, которые могут легко обмануть тележку. Поэтому им запрещается класть в нее личные вещи, нельзя вывозить тележки за пределы зала, и таким способом нельзя купить специфические товары, вроде алкоголя и лекарств.

Немецкая компания выпустила матрас с искусственным интеллектом. Фирма говорит, что это революция в сфере комфорта

Немецкая компания Emma, которая разрабатывает технологии для качественного сна, решила полностью изменить рынок! Фирма выпустила матрас с искусственный интеллектом (ИИ), который может подстраиваться под пользователя, чтобы тот находился в наиболее удобном положении в течение всей ночи.

Бывает, ложишься в кровать, но что-то не так. Подушка слишком мягкая, одеяло недостаточно толстое, а про матрас лучше и не говорить. А вот если бы у кровати был искусственный интеллект, все было бы совсем по-другому!

Матрас Emma Motion использует 360 датчиков для считывания даже самого незаметного движения или изменения давления. Это помогает матрасу быстро формировать нужные изгибы под телом спящего человека.

Emma Motion подключается к розетке и работает абсолютно бесшумно. Верхний слой матраса состоит из пены, а под ней находится датчик, снабженный искусственным интеллектом. Датчик представляет собой целую сеть сенсоров движения.

Компания загрузила в нейросеть несколько терабайтов данных, которые помогают ИИ интерпретировать положение человека во сне. Когда тело движется во время сна, датчики обнаруживают даже малейшее давление на той или иной участок матраса, обрабатывают его в режиме реального времени и прессуют или разжимают пену в зависимости от вашего положения.

Помимо того что матрас умеет подстраивать форму под изгибы тела, он также позволяет поддерживать оптимальную температуру с помощью технологии Diamond Degree. Верхний слой пены благодаря пористой структуре, обогащенной графитом, помогает регулировать температуру, рассеивая избыточное тепло тела.

Для того чтобы настроить матрас, необходимо установить специальное приложение и ввести определенные параметры своего сна, например, предпочитаете вы более твердый матрас или мягкий.

«Наша миссия в Emma состоит в том, чтобы помочь улучшить жизнь людей, изменив качество их сна, поскольку все больше и больше исследований показывают, что сон влияет на наше общее здоровье, — сказал Мануэль Мюллер, генеральный директор Emma. — Мы вкладываем значительные средства в исследования и разработку продуктов, которые помогают людям спать "умнее", и это означает, что технология движения Emma действительно изменит то, как мир спит; революция, во главе которой мы с гордостью стоим».

Уже сейчас матрас продается во Франции и Бельгии, его стоимость составляет 2499 евро (около 224 269 по курсу 05.02.2021). В Россию также поставляются продукты компании, поэтому, возможно, Emma Motion можно будет приобрести и в нашей стране.

Необычный пассивный кулер охладит жилье и согреет воду без затрат энергии

Растущие расходы энергии на охлаждение зданий станут одной из главных проблем ближайшего будущего, поэтому в этой области ученые все больше внимания уделяют пассивным системам. Инженеры из Университета Буффало (США) модернизировали установку существующего охладителя, который работает на принципе переноса излучения, удвоив его эффективность. Но не остановились на этом, а придумали, как решить еще и проблему нагрева самого охладителя от солнечного света.

Сама технология охлаждения помещений при помощи переноса излучения через теплопроводную пластину не нова и имеет два фундаментальных недостатка. Она поглощает тепло из воздуха помещения и преобразует его в инфракрасное излучение, которое без помех направляется в атмосферу. Однако пластина излучает тепло с обеих сторон, так что часть его устремляется назад и фактически не отводится. Кроме того, основная работа идет во время светового дня, когда здания согреты солнечным светом, но и сама пластина охладителя при этом нагревается.

Для решения задачи инженеры поместили пластину излучателя между двумя наклонными зеркалами в форме буквы «V» – они отражают излучение с обеих сторон. Сами зеркала тоже сложные, они состоят из 10 тонких слоев серебра и диоксида кремния, что позволяет им отражать инфракрасные волны средней длины, но поглощать короткие и свет в видимом спектре. Два этих процесса идут параллельно – тепло из здания уходит в космос, тепло от Солнца поглощается зеркалом.

Поглощенное тепло не растрачивается бесполезно, а передается для нагрева жидкого теплоносителя – воды. В ходе экспериментов удалось разогреть ее до 60 ℃, что весьма удобно для применения в быту. Что касается охлаждения, то температура внутри испытательной установки понижалась на 12 ℃ днем и на 14 ℃ ночью. И все это без использования каких-либо механизмов и затрат энергии.

Источник — University at Buffalo

Создано зарядное устройство, использующее тепло тела

Ученые из Китая и США разработали недорогое компактное устройство, преобразующее естественное тепло человеческого тела в электрическую энергию. Его можно носить как кольцо, браслет или любой другой аксессуар, который касается кожи, а мощности хватает для питания электронных часов или фитнес-трекера. Описание разработки приведено в журнале Science Advances, передает РИА Новости.

Новое устройство эластично, может самовосстанавливаться при повреждении, полностью перерабатывается и не требует подзарядки от сети. Оно представляет из себя миниатюрный термоэлектрический генератор, использующий человеческое тело в качестве биологического аккумулятора.

"Каждый раз, когда вы используете батарею, вы ее разряжаете, и, в конце концов, вам придется ее заменить. Наше термоэлектрическое устройство хорошо тем, что его можно носить постоянно, — приводятся в пресс-релизе Университета Колорадо в Боулдере слова руководителя исследования Сяо Цзяньляна (Jianliang Xiao), доцента кафедры машиностроения. — В будущем мы хотим иметь возможность питать носимую электронику без необходимости заряжать аккумулятор".

Устройство может генерировать около одного вольта энергии на каждый квадратный сантиметр кожного пространства. Авторы подсчитали, что термогенератор в виде браслета на руке человека, совершающего быструю прогулку, может вырабатывать около 5 вольт электричества — больше, чем батарейки многих часов.

"Во время пробежки или упражнений ваше тело нагревается, и это тепло излучается в прохладный воздух вокруг вас. Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом и могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду", — объясняет ученый.

Основу конструкции составляет эластичный материал полиимин, в который встроены тонкие термоэлектрические чипы, соединенные жидкими металлическими проводами. Конечный продукт выглядит как нечто среднее между пластиковым браслетом или модным кольцом в стиле хай-тек и миниатюрной компьютерной платой.

Добавив больше генераторных блоков, можно легко увеличить мощность. Поэтому авторы сравнивают дизайн устройства с детским конструктором Lego.

"К тому же всегда можно объединить меньшие единицы в более крупные, все равно что собрать кучу маленьких деталей Lego в большую конструкцию. Это дает множество возможностей для настройки", — говорит Сяо.

Этот проект — не первая попытка ученых под руководством Сяо Цзяньляна объединить человека и электронику. Ранее они экспериментировали с разработкой "электронной кожи" — гибких носимых устройств, которые выглядят и ведут себя так же, как настоящая человеческая кожа. Однако для их работы был необходим внешний источник энергии.

Как и "электронная кожа", новые устройства чрезвычайно устойчивы к внешним воздействиям и самовосстанавливаются, как биологическая ткань. Например, если термогенератор в виде браслета порвется, достаточно просто соединить разорванные концы между собой и крепко сжать, чтобы они снова "срослись". А когда устройство отработает свой срок, его можно опустить в специальный раствор, который растворит полииминовую основу, а генераторные блоки — использовать повторно.

Чтобы получить бесплатную энергию, просто походите день с этим рюкзаком

Команда инженеров из китайского университета Цинхуа спроектировала систему пассивной генерации энергии с использованием естественных движений человека, несущего тяжелый рюкзак. Отдельно подчеркивается, что устройство не использует мышечную силу носителя, не требует от него вообще никаких усилий, кроме самого факта движения. Пока что это экспериментальная технология, прототип еще не прошел испытания.

Идея не нова – если на нити подвесить некий груз, то можно использовать раскачивания и инерцию его колебаний. Чтобы сделать систему практичной, необходимо установить направляющие, которые будут ограничивать движения в одной плоскости, и подключить трибоэлектрический наногенератор для преобразования энергии движения в электричество. В случае с новой китайской разработкой возвращение груза в верхнюю точку происходит за счет сокращения эластичных строп, на которых он подвешен.

Авторы разработки заявляют, что система снижает вертикальные колебания груза на 28,75%, что приводит к снижению нагрузки на пользователя на 21,08 %. Груз в генераторе колеблется в своем ритме, он не совпадает с шагами человека и не зависит от прикладываемых им усилий. Чтобы сохранить баланс и удобство использования рюкзака, систему минимизировали и оставили КПД на уровне всего 14 %. Однако если идти с таким рюкзаком весь день, он сумеет зарядить аккумулятор фонарика или смартфона, чтобы использовать их вечером.

Источник — American Chemical Society