Category: اخبار

آزمایش موفق موقعیت‌یاب ماهواره‌ای در خودروهای خودران

بنیاد VicRoads به همراه شرکت بوش، شرکت بیمه‌ی TAC و مرکز تحقیقاتی و تعاونی علوم زمین، گرد هم آمدند تا اولین سیستم موقعیت‌یابی ماهواره‌ای جهان را در آلبرت پارک ملبورن آزمایش کنند.این آزمایش که بخشی از برنامه‌ی وسیع‌تر سیستم تقویت سراسری ماهواره‌ای (SBAS) استرالیا است، با بودجه‌ی ۱۲ میلیون دلاری دولت استرالیا و ۲ میلیون دلار از دولت نیوزیلند، حمایت می‌شود. برای تست این سیستم، از یک دستگاه تسلا مدل S که با کمک مالی شرکت بیمه‌ی TAC و توسط کارشناسان شرکت بوش خریداری و تنظیم شده بود، استفاده شد؛ این آزمایش در جاده‌های اطراف دریاچه‌ی آلبرت پارک انجام شد.هدف از ایجاد این سیستم، ایجاد داده‌های موقعیت‌یابی دقیق‌تر و کمک به فناوری خودران است. نسل اول سیستم‌ SBAS تا نیم متر فاصله دقت دارد؛ اما نسل دوم این سیستم‌ که در ملبورن آزمایش شد، با دقت ۱۰ سانتی‌متر موقعیت یک خودرو را تشخیص می‌دهد. این سیستم که با کد SBAS-2 شناخته می‌شود، در شهریورماه سال جاری فعال شد تا استرالیا اولین کشور جهان باشد که سیگنال SBAS-2 به فضا می‌فرستد.

دکتر گِرم کرنیش، مدیرعامل مؤسسه‌ی تحقیقاتی و تعاونی اطلاعات فضایی استرالیا و نیوزیلند، در طی این آزمایش گفت:

سیستم SBAS استرالیا، با ایجاد موقعیت‌یابی دقیق‌تر در خودروهای پیشرفته‌تر، پتانسیل به وجود آمدن ترافیک سنگین و مسدود شدن جاده‌ها را کاهش می‌دهد.یک مورد احتمالی که مانع گسترش سریع‌تر خودروهای خودران می‌شود، نبود سرویس‌های موقعیت‌یابی مناطق وسیع با دقت و یکپارگی بالا به‌صورت آزادانه است. گیرنده‌ی سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) فعلی که در خودروها استفاده می‌شود، فاقد دقت موقعیت‌یابی بالا به‌منظور بهره‌برداری کامل از فناوری خودران موجود در خودروهای آینده است.این آزمایش‌ها در مناطقی انجام شد که سیستم‌های GNSS در آن‌ها با مشکل همراه است تا مشخص شود که آیا سیستم SBAS توانایی غلبه بر محدودیت‌های GNSS دارد یا خیر. علاوه بر تست‌های جاده‌ای، بیش از ۳۰ آزمایش سیستم SBAS-2 در حوزه‌های مختلف راه‌آهن، ناوگان دریایی، ساخت‌و‌ساز، کشاورزی و صنعت‌های وابسته به تولید منابع انجام خواهد شد.

دانشمندان حالت جدیدی از ماده را به‌نام اکسیتونیوم، کشف کردند

تقریبا ۵۰ سال پیش، برت‌ هالپرین فیزیک‌دان نظریه‌پرداز دانشگاه ‌هاروارد، این حالت ماده را اکسیتونیوم (Excitonium) نام‌گذاری کرده بود. او هم‌اکنون ۷۰ ساله است و از کشف این ماده، بسیار هیجان‌زده شده است. در آن زمان دانشگاه ایلینوی، تجهیزات و فناوری‌های لازم برای اثبات نظریه‌ها را نداشت. فیزیک‌دانان این دانشگاه دریافتند که اکسیتونیوم از ذرات کوچک‌تری به نام اکسیتون (Exciton) تشکیل شده است و ماهیتی آلومینیومی دارد که از الکترون‌های فراری و حفره‌های خالی آنها به وجود می‌آید. اکسیتونیوم یک ماده‌ی چگال است و محققان آنها را به‌حالت جامدشناسایی کرده‌اند.اکسیتون یک حالت مقید الکترون‌- حفره است که این دو با نیروی الکترواستاتیک کولنی جذب می‌شوند. این ذره، یک شبه‌ذره‌ی خنثی است که در عایق‌ها، نیم‌رساناها و برخی مایعات وجود دارد. اکسیتونیوم ماده‌ی شگفت‌انگیز و اسرارآمیزی است که برخی می‌گویند این ماده می‌تواند به‌عنوان یک عایق عمل کند؛ یعنی قادر به انتقال انرژی یا تکانه نیست، برخی هم آن را ابرشارگی در نظر می‌گیرند که دقیقا برعکس عایق، قادر است بدون هیچ‌گونه اتلافی، انرژی و تکانه را انتقال دهد. چگونگی تشکیل اکسیتون‌ها بدون در نظر گرفتن فیزیک کوانتوم، بسیار دشوار خواهد بود.
چگالش بوز-اینشتین در واقع واسطه‌ی بین فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتوم است که قوانین این دو متفات از همدیگر هستند و زمانی تشکیل می‌شود که ذرات یا شبه‌ذرات (Quasiparticle) در کنار هم قرار می‌گیرند و پیوسته می‌شوند. این پیوستگی، ذرات بوزون نام دارد و اکسیتون‌ها، بوزون موجود در مواد نیمه‌رسانا هستند که با جابه‌جایی الکترون در لایه‌ی والانس این مواد به وجود می‌آیند. حالت پنجم ماده یعنی چگال بوز-انیشتن که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزون‌ها (Bosons)، پدید می‌آید. بوزون‌های سرد در هم فرو می‌روند و ابرذره‌هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد تا ذره‌های معمولی، شکل می‌گیرد. ماده‌ی چگال بوز-انیشتن، شکننده است و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

بوزون‌ها از اصل طرد پائولی پیروی نمی‌کنند و می‌توانند به هر تعداد، یک حالت کوانتومی معین را اشغال کنند. در دماهای نزدیک به صفر مطلق، اتم‌ها و مولکول‌ها هویت مجزای خود را از دست می‌دهند و به تک «ابراتم» تبدیل می‌شوند. این ابراتم را چگالش بوز-اینشتین می‌گویند؛ در واقع حالت چگالیده‌ی بوز- اینشتین، مانند جامد، مایع، گاز و پلاسما حالت دیگری از ماده است. ذرات هیدروژن از یک الکترون و یک پروتون تشکیل شده‌اند، اما در حالت برانگیخته، الکترون خود را از دست می‌دهد. فرار الکترون، یک فضای خالی را بر جای می‌گذارد و همین حفره می‌تواند در نقش یک ذره عمل کند، یعنی الکترون فراری را جذب کرده و با آن پیوند تشکیل دهد؛ حفره و الکترون می‌توانند همانند الکترون و پروتون، دور همدیگر بچرخند.

اصطلاح شبه‌ذرات برای توصیف پدیده‌های عجیب‌و‌غریبی که در فرآیندهای بسیار فانتزی، مخصوصا بسیاری از سیستم‌های کوانتومی و یا مواد حالت جامد رخ می‌دهد، به‌کار می‌رود. یک مثال رایج در خصوص این پدیده، حرکت کردن الکترون‌ها درون فاز جامد است. زمانی که الکترون‌ها در محیطی سفر می‌کنند به دلیل اینکه دارای بار الکتریکی هستند محیط اطرافشان را قطبی می‌کنند. قطب ایجاد شده همراه با الکترون، درون مواد حرکت می‌کند. دانشمندان معتقد هستند اکسیتون‌ها هم مانند سایر بوزون‌ها می‌توانند در حالت پایه وجود داشته باشند.

از زمان معرفی مفهوم اکسیتونیوم، دانشمندان زیادی برای اثبات وجود این ماده‌ی شگفت‌انگیز تلاش می‌کردند و بحث‌های زیادی هم در مورد ماهیت اکسیتونیوم مطرح شد؛ اما تلاش‌های فراوان دانشمندان هر بار با شکست مواجه می‌شد. دانشمندان در طول این نیم قرن، به همان اندازه که از وجود اکسیتونیوم اطمینان داشتند، از اثبات آن ناتوان بودند. کاری که پیتر آبامونته (Peter Abbamonte)، استاد دانشگاه ایلینوی، و همکارانش انجام دادند ابداع تکنیکی مبتنی بر پراکندگی الکترون (Elecron-scattering)، به منظور شناسایی اکسیتون و در نهایت اکسیتونیوم بود. آن‌ها کار خود را در شرایط خلا و روی سطحی یکنواخت آغاز کردند. اساس این مطالعه، پرتاب الکترون به سطح مورد آزمایش، جهت ایجاد موج (ناشی از پراکندگی الکترون) بود.

 

پیتر آبامونته، با کمک همکارانش روش جدیدی را برای شناسایی ذرات اکسیتون و اثبات آنها یافته‌اند. این روش طیف‌سنجی کاهش انرژی الکترون با تفکیک تکانه (M-EELS) نام دارد. تکنیک M-EELS که حساسیت بیشتری نسبت به برانگیختن باند ظرفیت (Valence band) دارد، به‌طور موفقیت‌آمیزی برای شناسایی دسته‌های اکسیتون‌ها، استفاده شد. این دسته‌های اکسیتون روی تیتانیوم دی‌سلنید (1T-TiSe2)، نوعی دیکالکوژنید فلز انتقالی، چگالش یافته بودند.طی آزمایش‌هایی که روی مواد فردریک سایتز انجام شد، پژوهشگران بلورهای تقویت شده با تیتانیوم دی‌سلنید را مورد مطالعه قرار دادند و موفق شدند برای ۵ بار روی بلورهای مختلف، نتیجه‌ی یکسان را به‌دست آورند. با این حال هنوز دانشمندان ویژگی‌های ماده‌ی اکسیتونیوم را نمی‌دانند. برخی معتقدند این حالت مانند یک عایق است و نمی‌تواند انرژی را حمل کند. عده‌ای دیگر معتقدند ماده در این حالت مشابه ابرمایع است، به همین دلیل گام بعدی کشف ویژگی‌ها و خصوصیات این فاز از ماده است.