Monthly Archives: August 2014

5G er på vej – og det bobler med ideer til det mobile superbredbånd

Der er taget mange første skridt til at udvikle et kommende 5G-mobilnetværk. Men der mangler stadig en del grundlæggende forskning og udvikling, før man ved, hvordan millimeter-radiobølger virker, og før man får et helt 5G-netværk til at fungere.

»Vi skal have bygget mixere, filtre, konvertere og antenner. Antenner vil blive et stort arbejdsområde,« siger Ted Rappaport.

Han er professor og direktør for New York University Wireless og en central person i udvikling af nye 5G-teknologier. Ted Rappaport har gjort nogle af de første opdagelser om millimeterbølgernes udbredelse ude i New Yorks gader og udgav resultaterne i den videnskabelige artikel ‘Millimeter Wave Mobile Communications for 5G Cellular: It Will Work!’ – en af de mest læste artikler i verden om emnet.

»Vi er stadig i de tidlige tider af 5G-udviklingen. Det her er den sjove tid, hvor mange forskellige ideer bobler frem rundt om i verden, og de bedste ideer kommer op til overfladen,« siger han og læner sig gestikulerende frem over bordet for at understrege pointen.

»I løbet af 6-18 måneder vil vi se det første forslag til en global standard for 5G. Men der er meget, vi skal lære om udbredelsen af millimeterbølger og om modtagelsen i de mobile apparater,« siger Ted Rappaport, som Ingeniøren møder ved National Instruments årlige brugerkonference, NI Week, i Austin, Texas.

Han understreger, at 5G-netværk bliver væsentligt forskellige fra LTE, det, som kaldes 4G.

»Vi arbejder med elektrisk stærke, men fysisk små antenner og med retningsbestemte antenner. Vi har fundet frem til, at der er brug for, at signalet ankommer fra i gennemsnit to til tre unikt pegende vinkler, for at en 5G-telefon kan modtage tilfredsstillende. Det var der ikke nogen, der vidste, før vi lavede forsøgene.«

Ted Rappaport har forsket i mobilantenner og i millimeterbølger i over 20 år og er en kapacitet på området.

»Det er et meget frugtbart område for unge ingeniører. Vi har mange studerende med i vores forsøg. Perioden lige nu er efter min mening endnu mere spændende end dengang i 90’erne, hvor Qualcomm offentliggjorde CDMA. Et stort område er at skabe millimeterantenner, som sidder direkte på printkortet. De ingeniører, som arbejder med udviklingen og bliver dygtige, bliver eksperter på området, før verden endnu har set 5G i virkeligheden,« siger han.

5G-standarden vil i endnu højere grad udnytte MIMO, Multiple- Input and Multiple-Output, som kan flytte flere data inden for den samme kanal.

»Vi skal i endnu højere grad udnytte de små forskelle mellem forskellige sendere. Så kan man få mere information, end hvis man kun brugte én antenne. I dag bruger man kun få antenner. Men med millimeterstore antenner kan man have dusinvis, hundredevis eller endda tusindvis af antenner på en basestation. Det er også der, vi har brug for mere viden om, hvordan apparater modtager millimeterbølger. Det ved vi ikke så meget om i dag.«

Millimeterbølger lader sig stoppe

Nogle af de resultater, som Ted Rappaport og hans kolleger på New York University er nået frem til, er, at der er et stort tab af energi, når millimeterbølger rammer blade. Bladtabet er målt til mindst 20 dB. Millimeterbølger har sværere ved at trænge igennem træernes blade.

»Et enkelt blad kan forringe signalet væsentligt. Bladenes udbred­else betyder, at det bliver sværere for signalerne at nå frem om sommeren end om vinteren. Vi har også testet, hvad der sker med radiobølgerne, når det regner. Med mere våde overflader får vi større reflektion af signalet,« siger Ted Rappaport.

Millimeterbølgerne lader sig også lettere stoppe af bygninger end de nuværende 3G- og 4G-bølger.

Til at gennemføre forsøget har NYU Wireless og partnere som Nokia, National Instruments og Samsung opbygget deres egne 5G-basestationer og mobiltelefoner med egenudviklede mikroprocessorer og printkort til at nå tilstrækkeligt høje frekvenser. Mobiltelefonerne er stadig store klodser af elektronik, langtfra hvordan de vil komme til at se ud, når 5G engang bliver til virkelighed.

Ted Rappaport er optimistisk med hensyn til 5G’s datahastighed. I udviklingskredse taler man om, at man skal nå 100 Mbit/s i udkanten af hver celle.

»Jeg tror let, vi når 100 Mbit/s i udkanten. Jeg tror, vi kan nå så højt som 5 til 20 Gbit/s tæt ved basestationen.«

Ted Rappaport udgiver i september sammen med andre forskere den første bog om millimeterbølger, ‘Millimeter Wave Wireless Communications’. Ud over sit arbejde inden for radiobølger til mobiltelefoner underviser den travle professor også i stråling på New York Universitys medicinstudie.

Unge studerende bag forsøg

Amerikaneren med de italienske forfædre har også lige en god historie, han vil aflevere.

»Da vi fik pengene fra regeringen til at lave vores antenneforsøg i New York, skulle det gå stærkt. Vi fik nogle private sponsorer på plads, men det var midt i sommerferien, så det var svært at samle nogle af de ældre studerende. Derfor blev forsøget faktisk gennemført med freshmen, helt nye studerende. Så et af de mest læste papirer på den amerikanske ingeniørforening IEEE’s hjemmeside er faktisk lavet af freshmen,« griner han.

Posted in computer.

Zoologisk Museum viser de naturvidenskabelige skatte frem

Siden februar har livet for konservator ved Statens Naturhistoriske Museum Abdi Hedayat roteret omkring en 13 meter lang kaskelothval. Med rystende hænder har han klargjort skelettet af den hval, der strandede på Henne Strand ved Vesterhavet i vinter, og som snart bliver et af tilløbsstykkerne ved Zoo­logisk Museums største udstilling, siden museet åbnede dørene i 1970.

Ud over en dinosaur, hvor usædvanlige 40 procent af knoglerne er ægte, har en række genstande fra zoo­logiens, geologiens og botanikkens verden fundet vej fra Naturhistorisk Museums magasiner og kældre til udstillingen ‘Det dyrebare’.

For eksempel kan man se H.C. Andersens besynderlige samling af havesnegle, som han donerede til Zoologisk Museum i 1888.

77 rurer (krebsdyr), skænket af Charles Darwin.

En grønlandshvals hjerte i sprit.

Et elefantfoster i sprit – fra Det Kongelige Kunstkammer.

Lycosa danica, ‘Danmarks ensomste edderkop’, som kun er fundet i ét eksemplar i Danmark og aldrig før eller siden noget sted i verden.

Drontekraniet – et ud af to eksisterende kranier i verden fra den nu uddøde fugl.

Les Liliacées – et smukt illustreret 8-binds værk om liljer, som var en gave fra Napoleons hustru til en dansk botaniker.

H.C. Andersens snegle, indsamlet under hans rundrejser i Danmark.

»Det er nogle fuldstændigt almindelige snegle, som han har samlet på de rejser, han har været på,« fortæller kreativ udvikler ved Statens Naturhistoriske Museum Joakim Engel og fisker en skal af en vinbjergsnegl op af en lille æske, der er inddelt i fire rum.

Bag den lille kasse med snegle står en mankeræv, der er det ældste udstoppede dyr i museets samling, og venter på at komme ud i udstillingslokalet, der er ved at blive bygget op, da Ingeniøren er på besøg. Lidt længere henne på bordet ligger nogle fossiler og et stykke 3,8 milliarder år gammel klippe med tegn på liv.

Hele Danmarks hval

Mens mankeræven, sneglehusene og klippestykkerne fra fortiden er gamle juveler, er kaskelothvalens skelet knap tørt bag spermacet­organet, når udstillingen åbner.

»Det specielle ved hvalen er, at alle stort set kender den. Så hvis jeg havde ødelagt den undervejs, havde det været lidt presset at være ‘ham amatøren’, der ødelagde den,« smiler Abdi Hedayat, der begyndte konserveringsarbejdet allerede på stranden ved Henne.

Efter at have punkteret hvalen, så forrådnelsesgasserne kunne slippe ud, lagde han et snit langs ryggen og skar fileter, som en traktor trak af skelettet. Da det 70 centimeter tykke lag fedt var fjernet, blev kødet taget af i håndterbare dele.

Skelettet har derefter ligget i to containere på en gård i Søsum ved Farum, som til daglig håndterer hestemøg. I hver container – en til kraniet og en til kroppen – har knoglerne ligget i 20.000 liter vand ved en temperatur på 40 grader.

»På den måde speeder man forrådnelsen op, og så kan man i princippet bare højtryksrense dem, og så er det det,« forklarer konservatoren.

Men da Abdi Hedayat første gang lukkede de 40.000 liter vand ud af containerne på gårdspladsen, var knoglerne kulsorte!

»De havde reageret med jernet i containeren, og jeg tænkte bare: ‘Jeg begår selvmord!’«

Men konservatoren har lært et par tricks med kemikalier igennem sine 13 år i faget, så han tryllede lidt med noget soda og brintoverilte og tog en uge til Bornholm med sin familie.

»Da jeg så kom tilbage, var de stadig kulsorte! Men efter at jeg gav dem en behandling mere, tørrede de heldigvis op sådan der,« siger han smilende og peger på de kun lettere rustrøde knogler på gulvet i kælderen under Zoologisk Museum.

Normalt arbejder han i et opvarmet rum her i kælderen, hvor kar og stålarbejdsborde snildt kan rumme dyr op til løvestørrelse.

Men med hvalen har Abdi Heda­yat været nødt til at tage det store indleveringslokale til hjælp for at få sat hvalkranie og alle ryghvirvlerne sammen på en metalkonstruktion.

Lige nu hænger kraniet ned fra loftet i kælderen, mens ryghvirvlerne ligger i rækkefølge på gulvet. Kæben ligger i to dele, fordi Naturstyrelsen, da hvalen lå på stranden, savede underkæben af, for at tænderne ikke skulle blive stjålet.

Generelt ved man ikke så meget om kaskelothvaler. For eksempel ved man ikke med sikkerhed, hvordan de jager og fanger deres bytte. Man ved, de dykker ned til tre kilometers dybde, fordi man har fundet hvaler fanget i telefonkabler på den dybde, men om hvalen for eksempel bruger lyd fra spermacetorganet til at lamme de kæmpeblæksprutter på 12-15 meter, man har fundet i maven på kaskelotter, ved man ikke med sikkerhed.

Denne kaskelot havde maven fuld af næb fra en blæksprutteart, der bliver op til 30 cm lang, og det fortæller, at den for nylig havde været i Nordatlanten, hvor denne art lever.

14 millioner blandede bolcher

Når ‘Det dyrebare’ åbner dørene 1. oktober, vil der ved siden af hvalskelettet stå et en meter højt glas med en kæmpeblæksprutte fra 1800-tallet i for at vise, hvad hvalen lever af.

Resten af den 850 kvadratmeter store udstilling vil overordnet set være én stor pose blandede bolcher med det bedste, museet råder over.

»Vi har 14 millioner genstande i vores samlinger, der er indsamlet af forskere på ekspeditioner til hele verden gennem mere end 400 år. Hver genstand har en unik historie, der fortjener at blive fortalt,« siger kreativ udvikler Joakim Engel.

»Hvor det normalt er plancher og biologiske forklaringer på nogle enkelte præparater, har vi her samlet unikke genstande, som alene er smukke, groteske eller på anden måde fascinerende,« forklarer han om den formentlig sidste særudstilling på Zoologisk Museum, inden det i 2019 rykker ind i Botanisk Have.

»Så det er samtidig en forsmag på, hvordan vi gerne vil udstille i fremtiden,« siger den kreative udvikler.

‘Det Dyrebare’, udstilling fra 1. oktober 2014 på Zoologisk Museum, Universitetsparken 15, 2100 København.

Posted in computer.

Internet of Things gennemsyrer din elektronik som aldrig før

En endeløs række af embeddede devices er i dag forbundet til inter­nettet – ligesom smartphones, tablets, microcontrollere, rejsekort, fjernsyn for blot at nævne et udsnit af eksempler.

Frem mod 2020 anslår analysefirmaet Gartner, at godt 26 milliarder enheder vil være på nettet. Det gælder også for den controller, hvormed du betjener en sygehusseng, infotainment-systemet i din bil eller dit hjem. Mere vil være forbundet og trække intelligent data fra hinanden.

Et andet konsulenthus, McKinsey, forudsiger, at Internet of Things (IoT) i 2025 vil generere markedsomsætning for 6.200 milliarder dollars (34,5 billiarder kr.). Når tyskerne taler om Industri 4.0, er IoT en forudsætning for dén udvikling, og i Storbritannien har premier­minister Camerons regering allokeret 73 millioner pund (679 millioner kr.) til forskning og udvikling inden for området.

Det har aldrig været nemmere

Tekpartner er en af de danske virksomheder, der har massivt fokus på Internet of Things, og ifølge adm. direktør Kurt Godsk er Internet of Things for alvor blevet anvendeligt for industrien på grund af den stadig billigere og lettere internetadgang, nye cloudmuligheder, mere modne kontrolnetværk som Zigbee og Bluetooth Low Energy samt bedre sensorer.

»På bundlinjen står, at det aldrig har været nemmere. Det er det nye, når vi snakker Internet of Things. Det er ikke raketvidenskab, det kræver bare noget ordentligt håndværk,« konstaterer han.

Indsamler værdifuld viden

Begrebet Internet of Things har været kendt siden midten af 1990’erne. Men i dag har begrebet bredt sig så meget, at man taler om IoT inden for syv overordnede områder:

  • Overvågning af vores miljø, eksempelvis renheden af vores vand.

  • Kontrol med infrastruktur, eksempel kontrollen med betonen på Storebæltsbroen.

  • Industri-applikationer og energihåndtering.

  • Transportområdet og intelligente hjem, hvor man tænder og slukker lyset med en smartphone.

  • Medicinal- og sundhedsbranchen.

»Samlet set taler vi her om Big Data, der er internetdrevet. Elektronikken kan bruges til både at indsamle og analysere ekstremt brugbar og værdifuld viden og stort set alt, der i dag omgiver os,« forklarer Tim Jensen, der er software Business Development Manager hos Avnet Embedded, der ser store forretningsmuligheder i IoT.

Sensor rapporterer fra komave

Et eksempel på, at der vitterligt kan trækkes data ud af alting, er den amerikanske iværksættervirksomhed Vital Herd. Den er ved at udvikle en sensor i pilleform, som skal sluges af malkekvæg, hvorefter den fra sin position i bunden af den enkelte kos mave kan levere data om hjerterytme, temperatur og mavesyrens kemiske sammensætning. For eksempel.

Også i forhold til vedligehold og drift er der et kæmpe potentiale, mener Tekpartner, som satser på IoT-applikationer til netop det marked. Det kan være noget så simpelt som en produktionsmaskine, der sender en e-mail til teknikeren, når et af dens komponenter trænger til at blive udskiftet.

Fokus på datasikkerhed

Tim Jensens Avnet vil derimod i år fokusere en del på sikkerheden i gateways. Altså det stykke elektronik, som leder trafikken fra en arbejdsstation til et udenforstående netværk. Hos virksomheder fungerer en gateway oftest som en proxy-server og en firewall. Derfor kommer sikkerhed til at fylde rigtig meget med så mange følsomme data forbundet på nettet over så store områder.

»Disse store mængder data kræver en særlig grad af seriøsitet, når det kommer til sikkerhed. Vi har set rigtig mange sager på det sidste med eksempelvis udslip af cpr-numre, hvor sikkerheden har været for dårlig,« siger Tim Jensen.

Samtidig vil beskyttelsen af virksomhedernes private clouds får større betydning fremover, blandt andet når det kommer til industrispionage. Og som så mange andre it-virksomheder antager Avnet efterhånden en mere konsulentdreven karakter, også når det kommer til sikkerhed.

»Tidligere var vi en ren komponent-virksomhed, der specialiserede sig i ARM-processorer og Embedded Linux og Embedded Microsoft. Nu er vi nødt at kunne udføre konsulentdelen også. Især når det drejer sig om sikring af sine værdifulde data,« fortæller Tim Jensen.

Posted in computer.

Ny medicin bruger antistof til at sende kemoterapi direkte ind i kræftcellen

Danske læger, der behandler kvinder med metastatisk brystkræft, tog i starten af året en ny type avanceret medicin i brug i kampen for at forlænge patienternes liv.

Medicinen kombinerer mekanismer fra antistoffer og kemoterapi i ét og samme lægemiddel og gør det muligt at bruge det ekstremt giftige kemostof DM1.

Stoffet har været kendt siden 1960’erne, hvor det i USA blev screenet for virkning. Det blev dog opgivet, da det slog ikke blot kræften, men også patienterne ihjel, men ved at kombinere DM1 med antistoffet trastuzumab, som binder sig til de kræftramte celler, kan kemoterapien transporteres helt ind i de kræftramte celler, før den aktiveres.

Det betyder, at kemoen får den ønskede effekt på kræftcellerner uden uacceptable bivirkninger.

75 patienter om året

Det nye stof produceres af medicinalgiganten Roche under navnet Kadcyla og har været godkendt i Danmark til behandling af patienter med metastaserende brystkræft af typen HER2-positiv siden februar. Det forventes, at ca. 75 patienter årligt vil modtage behandlingen.

HER2-positiv brystkræft er en særligt aggressiv form, der rammer ca. 15 procent af brystkræft­patienterne. Hvis brystkræft af denne typer har spredt sig, er det med den nye medicin muligt at give livsforlængende behandling med færre bivirkninger end tidligere.

Overlæge Michael Andersson fra Onkologisk Klinik på Rigshospitalet beretter om gode erfaringer med behandlingsmetoden:

»Der, hvor vi imidlertid især håber, stoffet kan have en afgørende virkning i et behandlingsforløb, er ved forebyggende anvendelse i forbindelse med operation for tidlig brystkræft. Der er undersøgelser på vej, som skal afklare, om dette er tilfældet,« siger han.

Posted in computer.

Nu er forskerne klar til at afgøre, om vi lever i et hologram

Kvantiseret rum-tid

Eksistensen af Planck-tiden og Planck-længden tyder paa, at der er en mindste maalelig tid og længde, paa samme maade som der er et mindste bevægelsesmængdemoment bestemt ved h/2

Hvis rum og tid er diskret, maa det være fordi rum-tid koordinaterne for en partikel ikke kommuterer.

Lad x, y, z være rumkoordinater og t tiden.

Vi sætter
X0 = ct, X1 = x, X2 = y og X3 = z, hvor c er lyshastigheden for at faa det hele paa firedimensional relativistisk form,

Den simpleste kommuteringsregel jeg kan finde er:

       Xi Xk - Xk Xi =  L Aikm Xm  , hvor i, k, m = 0 .. 3  

L er en universel konstant med dimension af længde (Plancklængden?)
og Aikm er en tredimensional skævsymmetrisk imaginær “enhedstensor”, hvor alle elementer forskellig fra 0, har egenværdierne i og -i. i er den imaginære enhed.

Hvis Ai betegner Diracmatricerne, kan Aikm fremstilles ved:

 Aikm = Ai Ak Am + Ak Am A i+ Am Ai Ak - Am Ak Ai - Ak Ai Am - Ai Am Ak) / 6  

hvor
Ai Ak + Ak Ai = 2 Gik (Gik er metrictensoren)

er kommuteringsreglen for Diracmatricer.

For en partikels impulskoordinater P0 = E/c, P1 = Px , P2 = Py og P3 = Pz vil det være naturligt at antage en lignende kommuteringsregel:

        Pi Pk - Pk Pi =  P Aikm Pm  

hvor P er en universel konstant med dimension af impuls.

Heisenbergs kommuteringsregel for koordinater og impulser

         Xi Pk – Pk Xi = i h Gik       bibeholdes.

Det vil nu være naturligt at undersøge konsekvenserne af teorien.

Det kunne være interessant at beregne energien af en elektrisk punktladning,
der i den klassiske teori bliver uendelig naar radius af ladningen er nul.
Haabet er at denne vil have en endelig værdi.

Hvorvidt en saadan teori er rigtig kan selvfølgelig kun afgøres ved eksperimenter.
I alle anerkendte teorier er L = 0 men Plancklængdens eksistens tyder paa at L > 0.

Posted in computer.

IBM’s Jeopardy-mester går til forskningen

For tre år siden blev den verdens ubestridte Jeopardy-mester. Nu skal IBM’s Watson sættes til mere praktiske opgaver. It-virksomheden åbner nu for, at forskere kan bruge supercomputerens regnekraft i deres forskning. Det skriver Venture Beat.

Til formålet har IBM udviklet et cloud-baseret værktøj, som skal give udvalgte adgang til Watsons analyseevner. Formålet er at hjælpe forskerne med langt hurtigere at vurdere og afprøve hypoteser, men også studerende fra enkelte universiteter kan bruge Watson til at lære om kognitiv computervidenskab, som Watson er et eksempel på.

Watson er ifølge IBM i stand til at »forstå videnskaben sprog« og kan derfor finde mening i datamængder, der ville begrave en almindelig computer. Særligt forventes Watson at kunne gøre en forskel i forskningen af ny medicin. Her kommer kun et ud af 5.000 dyrt-udviklede stoffer nogensinde på markedet. Med IBM’s supercomputer kan data blive testet hurtigere og give mindre spildtid.

Posted in computer.

Så blev Dong Energys havmøllefundament suget på plads

Sent tirsdag blev Dong Energys havmøllefundament til 30-60 meters vanddybder suget på plads i havbunden i den tyske møllepark, Borkum Riffgrund.

Læs også: 850 ton tungt og 57 meter højt møllefundament klar til at stå til havs

Selve montagen tog denne første gang hele 44 timer – mod forventet 3-6 timer, når processen er optimeret. Men selskabet er alligevel godt tilfreds, da det er første gang, og man nu har demonstreret konceptets succes i praksis. En mere enkel og dermed billigere montage skulle være én af de store fordele ved netop denne konstruktion.

Bunden af det trebenede gitterfundament ender i nogle store, omvendte bøtter, som via undertryk i toppen kan suge sig fast i havbunden.

Fundamentet, som kaldes en Suction Bucket Jacket, er udstyret med knap 100 sensorer rundt om på konstruktionen, som de næste to år skal give vigtig viden om alle mulige belastninger fra bølger og fra driften af den 3,6 MW store testmølle på toppen. Oplysninger, som skal give basis for en markant optimering og dermed billiggørelse af designet henad vejen.

Fundamentet er som nævnt placeret i Nordsøen, og den dimensionerende faktor for konstruktionen har derfor været hundredårsbølgen i området, som er på 10 meter – frem for belastningen fra driften af vindmøllen på 3,6 MW. Derfor vil fundamenter andre steder kunne være mindre til den samme størrelse vindmølle.


Fundamentet rammer vandoverfladen. Foto: Foto: Dong Energy

Civilingeniør Christian Mørch, der har stået for lastberegningerne i strukturen, forklarer, at man typisk vil øge afstanden mellem bøtterne i bunden af fundamentet i takt med, at vindmøllerne bliver større:

»Med dette fundament står vi med en flad vægtkurve med voksende møllestørrelser, hvor for eksempel monopælen har en eksponentiel vægtkurve, da den er en mere dynamisk følsom konstruktion, og lasterne dermed generelt er mere sensitive over for vind og bølgeforhold. Ved vurdering af de samlede omkostninger til fabrikation og installation forventer vi en væsentligt billigere konstruktion ved Suction Bucket Jacket-princippet,« siger han.

Han tilføjer, at der ligeledes er flere hydrodynamiske fænomener omkring fundamentet, som man forventer at kunne udnytte til at gøre konstruktionen endnu lettere.

Se Dong Energys video af installationensprocessen her:

Posted in computer.

Amerikansk virksomhed viser ny vej til grøn jetfuel

…fremstilling af brændstoffer udfra atomenergi. Ikke i, hvordan vi kan rydde Amazonas og omdanne den til majsmarker.

Byg 20 EPR reaktorer rundt om i Europa, og brems den uhyggelige udvikling, biofuels er. Vi ser det ikke som forbrugere, men vi er ved at ødelægge klodens natur – i bæredygtighedens navn. Når fosfaten slipper op, er vi på spanden og har raseret al natur. Er det grønt?!

Posted in computer.

Termiske transistorer er hot forskning

Der findes to enkle metoder til energioverførsel: varme og elektricitet.

Elektricitet kan styres og reguleres med elektroniske komponenter, der også giver mulighed for at lave beregninger og lagre information. Varme er derimod en anderledes ukontrollabel størrelse, som ikke umiddelbart lader sig regulere på samme snedige vis.

Det betyder, at varme i mange situationer betragtes som et problematisk biprodukt snarere end en anvendelig energikilde. Og en termisk computer, som baserer sig på transport og lagring af varme i stedet for elektronoverførsel og lagring af elektronisk information, forekommer helt utænkelig.

En række forskere har imidlertid sat sig for at forandre den situa­tion ved at lave varmekomponenter, der svarer til elektriske transistorer, logiske kredse og hukommelses­elementer.

Varmeenergi overføres på forskellig vis. I faste stoffer sker det ved varmeledning i form af vibrationer i atomgitteret (fononer).

I væsker eller gasser overføres varme som konvektion i form af en bevægelse af partikler, og endelig kan varme overføres gennem luft som stråling – ofte i det infrarøde område.

Grundlaget for varmekomponenter

Allerede i 1936 beskrev amerikaneren Chauncey Starr, hvad han kaldte et nyt fysisk fænomen: asymmetrisk varmeledning i kobberoxid – altså en termisk diode. Dermed var grundlaget for at lave varmekomponenter faktisk allerede dengang til stede.

Det er dog først inden for de seneste 10-15 år, at forståelsen af, hvordan man kan regulere varmetransport på samme måde som elektrontransport, er kommet på mere sikker grund.

Baowen Li og Lei Wang fra National University of Singapore og Giulio Casati fra Universtà degli studi dell’Insurbia i Como, Italien, er blandt grundlæggerne af fononik (phononics) som er en pendant til elektronik og fotonik.

Allerede i 2006 kunne de tre forskere teoretisk beskrive, hvordan man skulle designe en termisk transistor til at kontrollere varmestrømningen baseret på en effekt, de kaldte NDTR (negativ differential termisk resistans), hvor et stort temperaturfald giver anledning til en lille varmestrøm, og et lille temperaturfald fører til en stor varmestrøm.

Normalt er der tale om den modsatte situation med en positiv differential termisk resistans, men Li, Wang og Casati kunne vise, hvordan resonans og ulineære effekter i visse gitterstrukturer kan give anledning til NDTR.

Det kan måske synes i modstrid med almindelig sund fornuft, men der er ingen fysiske love, der forbyder dette, da varme i overensstemmelse med termodynamikkens anden hovedsætning altid flyder fra et varmt område til et koldt område.

Hastigheden er et problem

Et afgørende problem ved fononik til praktiske anvendelser er dog, at fononer kun har en hastighed på omkring 1.000 meter i sekundet.

Philippe Ben-Abdallah fra Université Paris-Sud og Svend-Age Biehs fra Carl von Ossietzky Universität i Oldenburg, Tyskland, har af samme årsag set på, hvordan man kan udvikle termiske komponenter, der baserer sig på varmestråling ved udveksling af fotoner – og som dermed kan styres med lysets hastighed.

I en artikel i Physical Review Letters fra januar i år viste de, hvordan man kan designe en termisk transistor baseret på varmestråling, og i en anden artikel i august i samme tidsskrift har de vist et design for et termisk hukommelseselement.

Det langsigtede mål er at generere mekanisk arbejde fra varme ved at koble mikroresonatorer til termiske transistorer og med hukommelseselementer at lagre og kontrollere frigivelse af termisk energi.

Den termiske transistor er inspireret af opbygningen af en klassisk felt-effekt transistor, som er et af de vigtigste elementer inden for moderne halvlederelektronik.

En felt-effekt transistor har tre terminaler, der kaldes for source, gate og drain. Spændingen på gate-terminalen regulerer transporten af elektroner mellem source og drain.

Den termiske transistor består af tre tilsvarende adskilte elementer. To siliciumskiver med forskellig temperatur udgør source og drain, og et materiale i midten, der kan skifte mellem at være et metal og en isolator, er gate.

Vanadiumdioxid (VO2) er et sådant materiale, da det ved en temperatur under 340 K (67 grader celsius) er optisk og tillader termiske fotoner at passere, mens det over denne temperatur er metallisk og derfor standser fotonerne.

I den nyeste artikel har Ben- Abdallah og Biehs beskrevet et hukommelseselement bestående af en skive af vanadiumdioxid og en skive af siliciumdioxid. Det er muligt for denne kombination at være i ligevægt, hvis VO2-skiven har en temperatur på 342 K, og SiO2-skiven har en temperatur på 324 K samt ved temperaturer på henholdsvis 338 K og 328 K.

Med to ligevægtstilstande er systemet bistabilt og kan repræsentere ‘nul’ og ‘et’. En teoretisk analyse viser, at det er muligt at skifte mellem ‘nul’ og ‘et’ ved at køle VO2-skiven et par grader – det kan gøres på under et nanosekund, mener Ben-Abdallah.

Tilstanden kan læses ved at måle VO2-skivens ledningsevne.

Posted in computer.

Seks bud på DSB’s nye eltog

Posted in computer.