Monthly Archives: December 2013

Det er velkendt videnskabshistorisk viden, at det binære talsystem, som er grundlaget for moderne computere, blev opfundet af Gottfried Wilhelm Leib­niz, der beskrev det i artiklen ‘Explication de l’Arithmetique Binaire’ i 1703.

Leibniz forklarede: ‘I stedet for en progression i tiere, hareg gennem flere år brugt den enkleste progression af alle baseret på toere, daeg har fundet, at det er nyttigt for perfektion af talteorien’.

Der er dog et lille twist på den historie. Andrea Berger og Sieghard Beller fra Universitetet i Bergen i Norge forklarer i en ny artikel i Proceedings of the National Academy of Sciences, at beboere på Mangareva i Fransk Polynesien brugte et binært talsystem flere hundrede år før Leibniz skrev sin artikel – eller mere retteligt: De brugte et kombineret binært og decimalt system, som har en lang række fordele, når man skal lave additioner og multiplikationer.

Polynesiernes talsystem vil endog med fordel kunne anvendes til division, skriver Berger og Beller, der dog også gør opmærksom på, at det ikke vides, om beboerne på Mangareva udførte divisioner.

Leibniz skriver i sin artikel, at et binært talsystem har en lang række fordele:

‘Det er ikke nødvendigt at lære uden­ad, som det gælder ved almindelige udregninger, hvor det eksempelvis er nødvendigt at vide, at summen af 6 og 7 er 13, og 5 multipliceret med 3 giver 15’.

På den anden side fører binære tal til meget lange udtryk, som kan være svære at overskue. Det er uden tvivl en af årsagerne til, at 10-talssystemer er det mest almindelige i forskellige kulturer – efterfulgt af 20-tals- og 5-talssystemer.

Der kendes kun få eksempler på 2-talssystemer. Et af disse er Middle Watut, som er et austronesisk sprog , der tales af omkring 1.350 personer på Papua New Guinea. Her tæller man på denne måde: morots (1), serok (2), serok a morots (3), serok a serok (4), serok a serok a morots (5) osv.

På Mangareva tales et sprog, som hører til den oceaniske gren af den austronesiske sprogfamilie. Antallet af personer, der taler mangarevansk er dog stærkt faldende og udgjorde i 2011 kun 600 personer.

På mangarevansk kan man tælle på to måder. Der findes et 10-talssystem med navne for 10-talspotenser op til 10 millioner (maeaea), som bruges i almindelighed. Derudover findes også et kombineret binært og decimalt system, der anvendes i forbindelse med optælling af meget værdifulde objekter som skildpadder, fisk, kokosnødder og blæksprutter.

Her er specielle navne for 10 (takau eller K), 20 (paua eller P), 40 (tataua eller T) og 80 (varu eller V) foruden navne for tal mellem 1 og 9.

Et vilkårligt tal udtrykkes således på mangarevansk:

N = [nV] + [T] + [P] +[K] + [n]

hvor n er et tal mellem 1 og 9, og de kantede paranteser indikerer, at udtrykket ikke er påtvunget.

Eksempelvis er 273 = toru varu paua takau toro = 3V P K 3 (idet toru betyder 3), og 219 = rua varu tataua iva = 2V T K 9 (idet rua betyder 2 og iva betyder 9).

I forbindelse med addition skal man kun vide og lære udenad, hvordan alle tal mellem 1 og 9 lægges sammen – eksempelvis at 4 + 8 = K2.

Når det gælder sammenlægning af potenser (den binære del) er reglerne mere enkle. Det er nok at vide, at K + K = P, P + P=T og T + T=V, og når det gælder multiplikation har man eksempelvis 3K = 2K + K = PK osv.

Bender og Beller bemærker, at mangarevanerne med deres system med både decimaltal og binære tal har undgået problemet med de meget lange udtryk ved et rent binært system, men bevaret fordelene ved de simple regneregler, som Leibniz også påpegede.

‘For denne enestående opfindelse og det, som vi kan lære heraf, fortjener mangarevanerne en fremtrædende placering, når det gælder teoretisering om numerisk kognition,’ lyder slutbemærkningen i de to forskeres videnskabelige artikel.

Grafenstrimler er flere hundrede nanometer lange og få nanometer brede strimler af det todimensionale kulstofmateriale grafen.

Grafenstrimler har i modsætning til almindeligt grafen et elektrisk båndgab, der også findes i halvledermaterialer som silicium, galliumarsenid osv., og som er forudsætningen for, at der er muligt at tænde og slukke for strømmen gennem en transistor.

Det gør grafenstrimler, også kaldet graphene nanoribbons (GNR), meget interessante til fremstilling af elektronikkomponenter.

Nu har en forskningsgruppe ved Max-Planck-Institut für Polymerforschung i Mainz sammen med en række andre forskere, heriblandt Michael Ryan Hansen fra Aarhus Universitet, udviklet en ny metode fremstilling af grafenstrimler med skræddersyede egenskaber.

De har beskrevet metoden i en artikel i Nature Chemistry.

Michael Ryan Hansen har været med til at undersøge strimlernes strukturer med NKR-spektroskopi. Han forklarer:

»Gennembruddet inden for grafenforskning består i præcist at kontrollere bredden og længden af enkelte grafen-nanostrimler, samt at disse er processerbare i væske. Metoden er effektiv og enkel i forhold til mange af de øvrige kendte metoder til at give grafen halvlederegenskaber. De nye præcist designede strimler har bedre elektroniske egenskaber og har potentiale til at konkurrere med silicium.«

Teknikken er baseret på en bottom-up metode, hvor molekyler i en opløsning selv finder sammen og danner de tynde grafen-strimler. Det er en proces, som oprindeligt er udviklet af Klaus Müllens forskningsgruppe i 2011, men som nu er videreudviklet i samarbejde med Xiinglian Feng.

Metoden er baseret på såkaldt Diels-Alder polymerisation, som er en teknk, der i 1950 udløste en Nobelpris i kemi.

Forskerne konkluderer i deres videnskabelige artikel, at denne nye bottom-up metode baseret på syntese i opløsning er velegnet til at fremstille kemiske præcis grafenstrimler med forskellige bredder og kantstrukturer.

De bemærker også kort, at det kan være muligt at placere forskellige grupper langs kanten af strimlerne, som kan gøre strimlerne anvendelige til en lang række formål, som f.eks. nanokomposit-materialer.

10 bybusser i Fredericia, 3 i København, 9 i Holstebro og 38 i Odense kører allerede på gas eller kommer ligesom flere skraldebiler til det i løbet af det kommende år.

Disse er blot nogle af de mange gasprojekter, der ruller ud på de danske veje for tiden. Teknologien, der indføres, er velafprøvet, for i vore nabolande findes tusindvis af busser og andre køretøjer, der kører på CNG (Compressed Natural Gas). Men alligevel hænger økonomien ikke sammen. Det viser beregninger fra en rapport om rammevilkårene for gas i transportsektoren, der er på vej i høring.

»Tankanlæggene koster mellem en og fem millioner kroner, afhængigt af om de skal bruges til langsom påfyldning af eksempelvis bybusser, eller om de skal kunne fylde biler hurtigt. Skal tankstationerne finansieres over gasprisen, vil kubikmeterprisen stige med to kroner. Og så bliver gassen for dyr,« fortæller seniorkonsulent Kim Winther fra Teknologisk Institut. Sammen med Cowi skriver han i disse dage de sidste linjer i høringsudgaven af en rapport om gas i transportsektoren, der er bestilt af Energistyrelsen.

Konklusionen er sådan set ikke overraskende, for gasselskaberne har under deres årelange kampagne for at få gas på vejene igen og igen fremhævet, at der skal gøres noget ved økonomien.

Politisk bakker både regeringspartier og oppositionen op om gas i den tunge transport. Oprindeligt baserede interessen fra Christiansborg sig på en formodning om, at gas både kunne reducere udslip af drivhusgasser og partikler. Men selv om gasselskaberne pressede på for at få en ny afsætningskanal, der kunne kompensere for det faldende gasforbrug i kraftvarmesektoren, var gassen for dyr til, at det var realistisk.

Nu er gassen faldet i pris, men til gengæld er dieselmotorerne blevet renere og mere effektive, så CO2-mæssigt er der ikke meget at hente for øjeblikket. Det vil der til gengæld være, hvis der kommer mere biogas ind i naturgasnettet. Derfor spiller promoveringen af gas i transportsektoren nu på, at det vil give forsyningssikkerhed på kort sigt og på længere sigt gøre det muligt at mindske den tunge transports CO2-udslip at bruge biogas.

Hønen og ægget

Trods opbakning og de store forventninger har politikerne imidlertid endnu ikke knækket hønen og ægget-problematikken: Så længe der ikke er gastankstationer, vil ingen købe gaskøretøjer, og de få gaskøretøjer, der trods flere kommunale projekter og statsstøtte er udsigt til, er ikke nok til at forrente investeringen i tankstationerne.

»Får man først mange gaskøre­tøjer, ser forrentningen meget anderledes ud. Men vi har estimeret, at der skal 50-100 gaslastbiler til pr. tankstation,« siger Kim Winther. Med de projekter, der er i gang nu, er der imidlertid ikke udsigt til, at der kommer meget mere end 100 gaskøretøjer på de danske veje. Og der bliver bygget 10-15 tankstationer.

Det er dog ikke givet, at lavere gasafgifter er mest effektivt. Tilskud til køb af køretøjer eller etablering af tankstationer er en anden løsning.

Det kan også være, at teknologiske forbedringer kan gøre gassen rentabel.

»I dag er gasmotorerne cirka 30 procent mindre effektive end dieselmotorer, men hvis gasmotorernes effektivitet kan forbedres, så de kun er syv procent dårligere end diesel, kan vi se en business case for vognmændene,« fortæller Kim Winther.

Og gasmotorerne kan forbedres endnu mere, hævder markedschef Anton Freiesleben fra Scania.

»De nye motorer, vi har på vej, er blevet væsentligt forbedrede i forhold til, hvad vi forventede. Hvis du ser på, hvor langt du kan køre i to renovationsvogne, der kører på henholdsvis diesel og gas, så er gas­motoren kun én procent dårligere.«

Scanias tal viser, at dieselmotoren ved optimale omdrejninger kører 0,198 km/kWh, mens gasudgaven kører 0,196 km/kWh.

En anden mulighed er, hvis flere typer køretøjer kan bruge gas.

»I dag er der hverken turistbusser eller store lastbiler med gasmotorer på markedet. De store trækkere skal gerne have 500-600 hk, men den største gasmotor på markedet i dag har kun 340 hk,« siger Kim Winther.

Dualfuel kan knække nødden

Det begrænsede udvalg betyder, at det kun er cirka 6.000 ud af landets 13.567 busser, og en del skraldebiler og mindre lastbiler, som potentielt kan køre på gas. Men det kan såkaldte dualfuel-motorer, som både kan bruge diesel og gas, ændre.

»Hidtil har det ikke været muligt at få godkendt en dualfuel-motor. Men nu er EU-reglerne endelig blevet klar. Hvis det lykkes for motorfabrikanterne at få typegodkendt motorer efter reglerne vil det være en ‘game changer’, for så er der pludselig ingen, der behøver at være bange for at løbe tør for brændstof,« siger Kim Winther.

Eksportlastbiler og tunge køre­tøjer vil dog formentlig bruge LNG (Liquefied Natural Gas), der har større energitæthed end CNG, for at maksimere køretøjers rækkevidde. Og der er foreløbig ingen planer om LNG-tankstationer i Danmark.

Resultaterne fra nogle af de mange gasprojekter vil blive samlet op af Trafikstyrelsen, fortæller chefkonsulent Niels-Anders Nielsen.

»Vi har lavet et fælles program for måling af resultaterne og dannet en Erfa-gruppe. Vi kigger på energi- og miljøegenskaberne, for selv om de er nogenlunde kendte fra en række afprøvninger, er det vigtigt at få afprøvet den nyeste teknologi.«

Men skal en god del af transportsektoren over på først naturgas og siden biogas, skal prisen ned.

»Bliver bundlinjen betydeligt dårligere, så kommer det ikke til at rykke noget, uden at rammevilkårene ændres. Man kan ikke bare sammenligne os med Sverige, for dér har det haft store samfundsøkonomiske omkostninger at indføre gas i transporten. Man har afgiftsmæssige fordele på gas til transport, så det har bestemt ikke været billigt. Alligevel sker der ikke meget på det private marked,« siger Niels-Anders Nielsen.

Trafikstyrelsens arbejde skal munde ud i en køreplan for udfasningen af fossile brændstoffer i transportsektoren, som politikerne kan bruge, når de skal vurdere, hvor der skal stilles nye krav og bruges penge.

Fra kl. 13.15 og frem til kl. 15 sender Nasa direkte fra rumstationen, når de to astronauter Rick Mastracchio og Mike Hopkins skal ud på en farefuld mission. En defekt ventil til kølesystemet skal udskiftes uden på rumstationen, og det kræver tre rumvandringer, hvoraf den første starter i dag. Vi sender her Nasas billeder, så følg med fra kl. 13.15.

På et tidspunkt var der global mangel på skibe og på kapacitet hos de traditionelle stålskibsværfter, fortalte vi. Derfor er det ‘da ikke underligt, at Ingeniørens Øjne er faldet på Jærnbetonen, der allerede har fejret nye Triumfer.’

Dagens spørgsmål i den historiske julekalender går på, hvornår vi fandt anledning til at skrive en lang artikel om bygningen af skibe i jernbeton? På det tidspunkt var det velkendt teknik at bygge pontoner og lægter i armeret beton, fremgår det, og derfor handler artiklen mest om bygningen af ’Jærnbetonmotorskibe’, som man var langt fremme med i Norge og Tyskland på det tidspunkt.

Den anonyme forfatter er ikke i tvivl: ‘Baadenes Facon staar skibsteknisk set ikke tilbage for Staalskibenes. De har fuldstændig Skibsfacon med et fint, slankt Linieforløb, og der er tillige opnaaet saadanne Lettelser for Jærnbetonkonstruktionernes Udførelse, særligt med Hensyn til Forskallingens Opstilling og Armeringsjærnenes Indlægning, at der spares meget baade i Tid, Arbejde og Materiale.’

Dog nævnes det, man som en mangel ved betonskibene kan nævne deres større egenvægt. ‘Andre Mangler af Betydning kendes endnu ikke, men Jærnbetonskibene har som alt nyt selvfølgelig fremkaldt en Del Modstand. Særlig er det blevet fremført, at de i Sø ikke skulle være saa stabile og manøvredygtige som Staalskibene. Imidlertid vil Erfaringer i saa Henseende jo snart indhentes, og der er Grund til at vente gunstige Resultater.’

Disse gunstige resultater venter vi stadig på. Motorskibe af jernbeton har i hvert fald ikke fået den forventede store udbredelse i årene efter artiklens fremkomst.

Hvornår bragte vi historien?

Se svaret i julekalenderen 22. december.

Svaret på spørgsmålet fra 20. december

Vi skrev om de første forsøg med hanggliding i 1894.

Endnu et selskab melder sig i rækken af hjælpende hænder til cyklisterne.

Denne gang er det amerikanske Superpedestrian, en nystartet virksomhed fra Massachusetts, som til foråret vil sende deres ‘Copenhagen Wheel’ på gaden.

Konceptet ser ud til at have en slående lighed med en række sloveneres projekt, FlyKly, som vi tidligere har præsenteret her på ing.dk. Her var der også tale om, at man kunne udskifte sit eget baghjul og derved få batterikraft og samspil med en smartphone, der dermed kunne fungere som cykelcomputer.

Superpedestrian præsenterede dog allerede sin video om konceptet for fire år siden i forbindelse med klimakonferencen COP15 i København og startede som et projekt i Københavns Kommune. Den gang var det Senseable City Lab fra amerikanske MIT, der stod for udviklingen, og nu er projektet så skilt ud og videreført af Superpedestrian.

De regner med at sende produktet på gaden nogenlunde samtidig med FlyKly og til samme pris – måske en anelse højere – nemlig lige under 4.000 kroner.

Forskningscentret CERN forstår at sætte kryds ved alle punkter på en tjekliste for en nørdet julekonkurrence. I år går den ud på at udforske CERN’s datacenter.

Vel at mærke en ren virtuel udforskning af CERN’s datacenter ved hjælp af Google Street View med fotos fra datacenteret.

CERN har haft besøg af Googles Street View-fotografer for at lave den virtuelle rundtur, og i den forbindelse gemte CERN-folkene små overraskelser rundt om blandt udstyret i datacenteret. Nemlig små Lego-figurer, som skjuler sig blandt servere og storagesystemer.

Julekonkurrencen går derfor ud på, at man skal udforske CERN’s datacenter og finde mindst tre ud af mere end 20 figurer, som gemmer sig på datacenterets to etager. Finder man en figur, skal man snuppe et skærmdump og sende sine fototrofæer til CERN for at deltage i lodtrækningen.

Desværre omfatter præmierne ikke en ikke-virtuel rundvisning hos CERN, men man har da mulighed for at vinde blandt andet en paraply, der er inspireret af LHC-detektoren Compact Muon Solenoid (CMS).